JP2001237446A - 薄膜多結晶シリコン、シリコン系光電変換素子、及びその製造方法 - Google Patents
薄膜多結晶シリコン、シリコン系光電変換素子、及びその製造方法Info
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Classifications
-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガラス等の安価な基板上に低温プロセスで結
晶化率の高い薄膜多結晶シリコンを形成することができ
る薄膜多結晶シリコン、シリコン系光電変換素子、及び
その製造方法を提供する。 【解決手段】 ガラス、セラミックス、金属、透明導電
膜を蒸着したガラス、透明導電膜を蒸着したセラミック
ス、および透明導電膜を蒸着した樹脂からなる群から選
ばれた基板20上に積層形成され、金属、合金、およびシ
リコンのいずれかからなる結晶核下地層としての第１の
層51と、この第１の層の上に積層形成され、シリコンか
らなる結晶核層としての第２の層52と、この第２の層の
上に５００℃以下の製膜プロセスを用いて積層形成され
た多結晶シリコンからなる第３の層53と、を有する。
晶化率の高い薄膜多結晶シリコンを形成することができ
る薄膜多結晶シリコン、シリコン系光電変換素子、及び
その製造方法を提供する。 【解決手段】 ガラス、セラミックス、金属、透明導電
膜を蒸着したガラス、透明導電膜を蒸着したセラミック
ス、および透明導電膜を蒸着した樹脂からなる群から選
ばれた基板20上に積層形成され、金属、合金、およびシ
リコンのいずれかからなる結晶核下地層としての第１の
層51と、この第１の層の上に積層形成され、シリコンか
らなる結晶核層としての第２の層52と、この第２の層の
上に５００℃以下の製膜プロセスを用いて積層形成され
た多結晶シリコンからなる第３の層53と、を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜多結晶シリコ
ン、シリコン系光電変換素子、及びその製造方法に関す
る。
ン、シリコン系光電変換素子、及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】薄膜太陽電池や薄膜トランジスタの製造
プロセスを簡素化するため、製造コストを低減化するた
め、および性能及び信頼性向上のために、薄膜多結晶シ
リコンがこれらのデバイスに採用されている。
プロセスを簡素化するため、製造コストを低減化するた
め、および性能及び信頼性向上のために、薄膜多結晶シ
リコンがこれらのデバイスに採用されている。
【０００３】薄膜多結晶シリコンは、ＣＶＤ法やスパッ
タリング法を用いて基板上に直接堆積させるか、又は同
様のプロセスで一旦アモルファス膜を基板上に堆積させ
た後に熱アニールやレーザーアニールを行なうことによ
って結晶化して形成される。
タリング法を用いて基板上に直接堆積させるか、又は同
様のプロセスで一旦アモルファス膜を基板上に堆積させ
た後に熱アニールやレーザーアニールを行なうことによ
って結晶化して形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の方法で
形成された薄膜多結晶シリコンは、結晶化率が低く、結
晶粒子が小さいので、半導体物性の重要なパラメータで
ある移動度が単結晶のそれに比べると小さい。
形成された薄膜多結晶シリコンは、結晶化率が低く、結
晶粒子が小さいので、半導体物性の重要なパラメータで
ある移動度が単結晶のそれに比べると小さい。
【０００５】一方、後者の方法で形成された薄膜多結晶
シリコンは、結晶化率をある程度高くはできるが、高温
の熱処理にさらされるためにガラス、セラミックス、金
属、樹脂などの安価な基板上に形成することができな
い。ガラス等の安価な基板上に薄膜多結晶シリコンを製
膜する場合は、少なくとも５５０℃以下の低温プロセス
とする必要がある。
シリコンは、結晶化率をある程度高くはできるが、高温
の熱処理にさらされるためにガラス、セラミックス、金
属、樹脂などの安価な基板上に形成することができな
い。ガラス等の安価な基板上に薄膜多結晶シリコンを製
膜する場合は、少なくとも５５０℃以下の低温プロセス
とする必要がある。
【０００６】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであって、ガラス、セラミックス、金属、樹脂
などの安価な基板上に低温プロセスで結晶化率の高い薄
膜多結晶シリコンを形成することができる薄膜多結晶シ
リコン、シリコン系光電変換素子、及びその製造方法を
提供することを目的とする。
れたものであって、ガラス、セラミックス、金属、樹脂
などの安価な基板上に低温プロセスで結晶化率の高い薄
膜多結晶シリコンを形成することができる薄膜多結晶シ
リコン、シリコン系光電変換素子、及びその製造方法を
提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る薄膜多結晶
シリコンは、ガラス、セラミックス、金属、透明導電膜
又は金属若しくは合金を薄膜として表面に形成したガラ
ス、透明導電膜又は金属若しくは合金を薄膜として表面
に形成したセラミックス、および透明導電膜又は金属若
しくは合金を薄膜として表面に形成した樹脂からなる群
から選ばれた基板上に積層形成され、金属、合金、金属
酸化物およびシリコンのいずれかからなる結晶核下地層
としての第１の層と、この第１の層の上に積層形成さ
れ、シリコンからなる結晶核層としての第２の層と、こ
の第２の層の上に５００℃以下の製膜プロセスを用いて
積層形成された多結晶シリコンからなる第３の層と、を
具備することを特徴とする。
シリコンは、ガラス、セラミックス、金属、透明導電膜
又は金属若しくは合金を薄膜として表面に形成したガラ
ス、透明導電膜又は金属若しくは合金を薄膜として表面
に形成したセラミックス、および透明導電膜又は金属若
しくは合金を薄膜として表面に形成した樹脂からなる群
から選ばれた基板上に積層形成され、金属、合金、金属
酸化物およびシリコンのいずれかからなる結晶核下地層
としての第１の層と、この第１の層の上に積層形成さ
れ、シリコンからなる結晶核層としての第２の層と、こ
の第２の層の上に５００℃以下の製膜プロセスを用いて
積層形成された多結晶シリコンからなる第３の層と、を
具備することを特徴とする。
【０００８】第１の層（結晶核下地層）は、例えばＩＴ
Ｏのような透明導電膜からなり、化学蒸着法、熱ＣＶＤ
法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などの
製膜方法を用いて形成される。
Ｏのような透明導電膜からなり、化学蒸着法、熱ＣＶＤ
法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などの
製膜方法を用いて形成される。
【０００９】第２の層（結晶核層）は、その膜厚が１０
ｎｍ以上で１０００ｎｍ以下であり、かつ体積結晶化率
が７０％以上であり、かつ（２２０）面に優先的に配向
していることが好ましい。ここで「結晶核層」とは、一
部に非晶質のアモルファスを含む結晶を主体とする層を
意味するものとする。
ｎｍ以上で１０００ｎｍ以下であり、かつ体積結晶化率
が７０％以上であり、かつ（２２０）面に優先的に配向
していることが好ましい。ここで「結晶核層」とは、一
部に非晶質のアモルファスを含む結晶を主体とする層を
意味するものとする。
【００１０】第３の層（多結晶シリコン膜）は、その体
積結晶化率が７０％以上であり、かつ（２２０）面に優
先的に配向していることが好ましい。
積結晶化率が７０％以上であり、かつ（２２０）面に優
先的に配向していることが好ましい。
【００１１】本発明に係る薄膜多結晶シリコンの製造方
法は、ガラス、セラミックス、金属、透明導電膜又は金
属若しくは合金を薄膜として表面に形成したガラス、透
明導電膜又は金属若しくは合金を薄膜として表面に形成
したセラミックス、および透明導電膜又は金属若しくは
合金を薄膜として表面に形成した樹脂からなる群から選
ばれた基板を化学蒸着、熱CVD法、イオンプレーティン
グ法、スパッタリング法などの製膜方法により金属、合
金、金属酸化物およびシリコンのいずれかからなる結晶
核下地層としての第１の層を前記基板上に積層形成する
工程（ａ）と、シリコンからなる結晶核層としての第２
の層を前記第１の層の上に積層形成する工程（ｂ）と、
この第２の層の上に５００℃以下の製膜プロセスを用い
て多結晶シリコンからなる第３の層を積層形成する工程
（ｃ）と、を具備することを特徴とする。
法は、ガラス、セラミックス、金属、透明導電膜又は金
属若しくは合金を薄膜として表面に形成したガラス、透
明導電膜又は金属若しくは合金を薄膜として表面に形成
したセラミックス、および透明導電膜又は金属若しくは
合金を薄膜として表面に形成した樹脂からなる群から選
ばれた基板を化学蒸着、熱CVD法、イオンプレーティン
グ法、スパッタリング法などの製膜方法により金属、合
金、金属酸化物およびシリコンのいずれかからなる結晶
核下地層としての第１の層を前記基板上に積層形成する
工程（ａ）と、シリコンからなる結晶核層としての第２
の層を前記第１の層の上に積層形成する工程（ｂ）と、
この第２の層の上に５００℃以下の製膜プロセスを用い
て多結晶シリコンからなる第３の層を積層形成する工程
（ｃ）と、を具備することを特徴とする。
【００１２】上記工程（ｂ）では電子ビーム励起プラズ
マ法を用いて第２の層となる結晶核層を形成し、かつ上
記工程（ｃ）ではラダー状の放電電極を用いるプラズマ
ＣＶＤ法を用いて第３の層となる多結晶シリコン層を形
成することが好ましい。
マ法を用いて第２の層となる結晶核層を形成し、かつ上
記工程（ｃ）ではラダー状の放電電極を用いるプラズマ
ＣＶＤ法を用いて第３の層となる多結晶シリコン層を形
成することが好ましい。
【００１３】上記工程（ｂ）では、電子ビームのエネル
ギーを２０ｅＶ以上２００ｅＶ以下の範囲とし、基板の
温度を５００℃以下とし、水素に対するシラン系ガスの
流量比を.０．５%以上２０%以下の範囲とし、圧力を0.5
mTorr以上50mTorr以下とすることが好ましい。
ギーを２０ｅＶ以上２００ｅＶ以下の範囲とし、基板の
温度を５００℃以下とし、水素に対するシラン系ガスの
流量比を.０．５%以上２０%以下の範囲とし、圧力を0.5
mTorr以上50mTorr以下とすることが好ましい。
【００１４】上記工程（ｃ）では、水素に対するシラン
ＳｉＨ4の流量比を０．５％以上２０％以下の範囲と
し、ラダー状の放電電極の放電周波数を５０ＭＨｚ以上
３００ＭＨｚ以下の範囲とし、圧力を０．１Ｔｏｒｒ以
上５Ｔｏｒｒ以下の範囲とし、基板の温度を５００℃以
下とすることが好ましい。
ＳｉＨ4の流量比を０．５％以上２０％以下の範囲と
し、ラダー状の放電電極の放電周波数を５０ＭＨｚ以上
３００ＭＨｚ以下の範囲とし、圧力を０．１Ｔｏｒｒ以
上５Ｔｏｒｒ以下の範囲とし、基板の温度を５００℃以
下とすることが好ましい。
【００１５】本発明に係るシリコン系光電変換素子は、
ガラス、セラミックス、金属、透明導電膜又は金属若し
くは合金を薄膜として表面に形成したガラス、透明導電
膜又は金属若しくは合金を薄膜として表面に形成したセ
ラミックス、および透明導電膜又は金属若しくは合金を
薄膜として表面に形成した樹脂からなる群から選ばれた
基板上に積層形成され、金属、合金、金属酸化物および
シリコンのいずれかからなる結晶核下地層としての第１
の層と、この第１の層の上に積層形成され、シリコンか
らなる結晶核層としての第２の層と、この第２の層の上
に５００℃以下の製膜プロセスを用いて積層形成された
膜厚０．５μｍ以上１０μｍ以下の多結晶シリコンから
なり、発電層として用いられる第３の層と、を具備する
ことを特徴とする。
ガラス、セラミックス、金属、透明導電膜又は金属若し
くは合金を薄膜として表面に形成したガラス、透明導電
膜又は金属若しくは合金を薄膜として表面に形成したセ
ラミックス、および透明導電膜又は金属若しくは合金を
薄膜として表面に形成した樹脂からなる群から選ばれた
基板上に積層形成され、金属、合金、金属酸化物および
シリコンのいずれかからなる結晶核下地層としての第１
の層と、この第１の層の上に積層形成され、シリコンか
らなる結晶核層としての第２の層と、この第２の層の上
に５００℃以下の製膜プロセスを用いて積層形成された
膜厚０．５μｍ以上１０μｍ以下の多結晶シリコンから
なり、発電層として用いられる第３の層と、を具備する
ことを特徴とする。
【００１６】本発明に係るシリコン系光電変換素子の製
造方法は、ガラス、セラミックス、金属、透明導電膜又
は金属若しくは合金を薄膜として表面に形成したガラ
ス、透明導電膜又は金属若しくは合金を薄膜として表面
に形成したセラミックス、および透明導電膜又は金属若
しくは合金を薄膜として表面に形成した樹脂からなる群
から選ばれた基板を化学蒸着、熱CVD法、イオンプレー
ティング法、スパッタリング法などの製膜方法により金
属、合金、金属酸化物およびシリコンのいずれかからな
る結晶核下地層としての第１の層を前記基板上に積層形
成する工程（ａ）と、シリコンからなる結晶核層として
の第２の層を前記第１の層の上に積層形成する工程
（ｂ）と、この第２の層の上に５００℃以下の製膜プロ
セスを用いて積層形成された膜厚０．５μｍ以上１０μ
ｍ以下の多結晶シリコンからなり、発電層として用いら
れる第３の層を積層形成する工程（ｃ）と、を具備する
ことを特徴とする。
造方法は、ガラス、セラミックス、金属、透明導電膜又
は金属若しくは合金を薄膜として表面に形成したガラ
ス、透明導電膜又は金属若しくは合金を薄膜として表面
に形成したセラミックス、および透明導電膜又は金属若
しくは合金を薄膜として表面に形成した樹脂からなる群
から選ばれた基板を化学蒸着、熱CVD法、イオンプレー
ティング法、スパッタリング法などの製膜方法により金
属、合金、金属酸化物およびシリコンのいずれかからな
る結晶核下地層としての第１の層を前記基板上に積層形
成する工程（ａ）と、シリコンからなる結晶核層として
の第２の層を前記第１の層の上に積層形成する工程
（ｂ）と、この第２の層の上に５００℃以下の製膜プロ
セスを用いて積層形成された膜厚０．５μｍ以上１０μ
ｍ以下の多結晶シリコンからなり、発電層として用いら
れる第３の層を積層形成する工程（ｃ）と、を具備する
ことを特徴とする。
【００１７】上記工程（ｂ）では電子ビーム励起プラズ
マ法を用いて第２の層となる結晶核層を形成し、かつ上
記工程（ｃ）ではラダー状の放電電極を用いるプラズマ
ＣＶＤ法を用いて第３の層となる多結晶シリコン層を形
成することが好ましい。
マ法を用いて第２の層となる結晶核層を形成し、かつ上
記工程（ｃ）ではラダー状の放電電極を用いるプラズマ
ＣＶＤ法を用いて第３の層となる多結晶シリコン層を形
成することが好ましい。
【００１８】上記工程（ｂ）では、電子ビームのエネル
ギーを２０ｅＶ以上２００ｅＶ以下の範囲とし、基板の
温度を５００℃以下とし、水素に対するシラン系ガスの
流量比を.０．５%以上２０%以下の範囲とし、圧力を0.5
mTorr以上50mTorr以下とすることが好ましい。
ギーを２０ｅＶ以上２００ｅＶ以下の範囲とし、基板の
温度を５００℃以下とし、水素に対するシラン系ガスの
流量比を.０．５%以上２０%以下の範囲とし、圧力を0.5
mTorr以上50mTorr以下とすることが好ましい。
【００１９】上記工程（ｃ）では、水素に対するシラン
ＳｉＨ4の流量比を０．５％以上２０％以下の範囲と
し、ラダー状の放電電極の放電周波数を５０ＭＨｚ以上
３００ＭＨｚ以下の範囲とし、圧力を０．１Ｔｏｒｒ以
上５Ｔｏｒｒ以下の範囲とし、基板の温度を５００℃以
下とすることが好ましい。
ＳｉＨ4の流量比を０．５％以上２０％以下の範囲と
し、ラダー状の放電電極の放電周波数を５０ＭＨｚ以上
３００ＭＨｚ以下の範囲とし、圧力を０．１Ｔｏｒｒ以
上５Ｔｏｒｒ以下の範囲とし、基板の温度を５００℃以
下とすることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の種々の好ましい実施の形態について説明する。
明の種々の好ましい実施の形態について説明する。
【００２１】図１０に示すように、本発明の薄膜多結晶
シリコンでは、基板２０上に結晶核下地層５１、結晶核
層５２、多結晶シリコン層５３が順次積層されている。
シリコンでは、基板２０上に結晶核下地層５１、結晶核
層５２、多結晶シリコン層５３が順次積層されている。
【００２２】第１の層５１（結晶核下地層）は、化学蒸
着法、熱ＣＶＤ法、イオンプレーティング法、スパッタ
リング法などにより結晶核層５２の下地層として基板２
０上に形成され、例えばＩＴＯのような透明導電膜から
なる。
着法、熱ＣＶＤ法、イオンプレーティング法、スパッタ
リング法などにより結晶核層５２の下地層として基板２
０上に形成され、例えばＩＴＯのような透明導電膜から
なる。
【００２３】第２の層５２（結晶核層）は、電子ビーム
励起プラズマ法により結晶核下地層５１の上に形成さ
れ、その膜厚が１０ｎｍ以上で１０００ｎｍ以下であ
り、かつ体積結晶化率が７０％以上であり、かつ（２２
０）面に優先的に配向している。
励起プラズマ法により結晶核下地層５１の上に形成さ
れ、その膜厚が１０ｎｍ以上で１０００ｎｍ以下であ
り、かつ体積結晶化率が７０％以上であり、かつ（２２
０）面に優先的に配向している。
【００２４】第３の層５３（多結晶シリコン層）は、ラ
ダー状電極を有するプラズマＣＶＤ法により形成され、
その体積結晶化率が７０％以上であり、かつ（２２０）
面に優先的に配向している。
ダー状電極を有するプラズマＣＶＤ法により形成され、
その体積結晶化率が７０％以上であり、かつ（２２０）
面に優先的に配向している。
【００２５】（第２層の製造方法）図１に第２層となる
初期核層（結晶核層）の製膜に用いた電子ビーム励起プ
ラズマ装置（以下、装置Ａという）の断面図を示す。装
置Ａは電子ビームが水平方向に射出される方式であり、
一方端側に放電室１を規定する放電チャンバ１ａを、他
方端側に製膜室１７を規定するプロセスチャンバ２８Ａ
を、中間に中間室２を規定する中間チャンバ２ａおよび
電子加速室３を規定する加速チャンバ３ａを備えてい
る。
初期核層（結晶核層）の製膜に用いた電子ビーム励起プ
ラズマ装置（以下、装置Ａという）の断面図を示す。装
置Ａは電子ビームが水平方向に射出される方式であり、
一方端側に放電室１を規定する放電チャンバ１ａを、他
方端側に製膜室１７を規定するプロセスチャンバ２８Ａ
を、中間に中間室２を規定する中間チャンバ２ａおよび
電子加速室３を規定する加速チャンバ３ａを備えてい
る。
【００２６】放電室１内には熱フィラメント４および熱
電子放出板５が対向して設けられている。熱フィラメン
ト４と熱電子放出板５とには電源１４の回路が接続され
ている。放電室１内にガス供給路１０を介して放電ガス
を導入するとともに、熱フィラメント４と熱電子放出板
５との間に電源１４から給電すると、両者間に放電プラ
ズマ１３が生成されるようになっている。
電子放出板５が対向して設けられている。熱フィラメン
ト４と熱電子放出板５とには電源１４の回路が接続され
ている。放電室１内にガス供給路１０を介して放電ガス
を導入するとともに、熱フィラメント４と熱電子放出板
５との間に電源１４から給電すると、両者間に放電プラ
ズマ１３が生成されるようになっている。
【００２７】放電室１と中間室２との間には絶縁体６で
絶縁された電極７が挿入され、電極７の中央孔１２ａを
介して両室１，２は連通している。電極７により放電プ
ラズマ１３の中から電子が引き出され、電子は中央孔１
２ａを通って中間室２に導かれるようになっている。中
間室２と加速室３との間には絶縁体６で絶縁された電極
８が挿入され、電極８の中央孔１２ｂを介して両室２，
３は連通している。さらに、加速室３と製膜室１７との
間には絶縁体６で絶縁された電極９が挿入され、電極９
の中央孔１２ｃを介して両室３，１７は連通している。
熱電子放出板５と電極７との間の回路には電源１５が設
けられ、電極８と電極９との間の回路には電源１６が設
けられている。
絶縁された電極７が挿入され、電極７の中央孔１２ａを
介して両室１，２は連通している。電極７により放電プ
ラズマ１３の中から電子が引き出され、電子は中央孔１
２ａを通って中間室２に導かれるようになっている。中
間室２と加速室３との間には絶縁体６で絶縁された電極
８が挿入され、電極８の中央孔１２ｂを介して両室２，
３は連通している。さらに、加速室３と製膜室１７との
間には絶縁体６で絶縁された電極９が挿入され、電極９
の中央孔１２ｃを介して両室３，１７は連通している。
熱電子放出板５と電極７との間の回路には電源１５が設
けられ、電極８と電極９との間の回路には電源１６が設
けられている。
【００２８】加速室３の側面部には差動排気路１１が開
口し、加速室３の内圧が中間室２の内圧より低くなるよ
うに差動排気されるようになっている。加速室３の入口
側電極８および出口側電極９はコイル２３によりそれぞ
れ取り囲まれ、加速された電子ビームを収束させるため
の磁場が形成されるようになっている。
口し、加速室３の内圧が中間室２の内圧より低くなるよ
うに差動排気されるようになっている。加速室３の入口
側電極８および出口側電極９はコイル２３によりそれぞ
れ取り囲まれ、加速された電子ビームを収束させるため
の磁場が形成されるようになっている。
【００２９】製膜室１７内にはチャックヒータ２１およ
び２つのカスプ磁場形成用コイル２４ａ，２４ｂが設け
られている。チャックヒータ２１は基板２０を保持し加
熱するためのものであり、このチャックヒータ２１に保
持された基板２０を上方および下方から挟むように１対
のコイル２４ａ，２４ｂが配置されている。
び２つのカスプ磁場形成用コイル２４ａ，２４ｂが設け
られている。チャックヒータ２１は基板２０を保持し加
熱するためのものであり、このチャックヒータ２１に保
持された基板２０を上方および下方から挟むように１対
のコイル２４ａ，２４ｂが配置されている。
【００３０】主排気路１８Ａおよび原料ガス供給路１９
が製膜室１７にそれぞれ連通している。主排気路１８Ａ
は、チャンバ２８Ａの後面部にて開口し、図示しない真
空排気ポンプの吸込口に連通している。原料ガス供給路
１９は、チャンバ２８Ａの側面部にて開口し、図示しな
いガスドーザーおよびガス供給源にそれぞれ連通してい
る。ガスドーザーは基板２０に向けて原料ガスを均一に
供給するための整流板を備えている。なお、チャンバ２
８Ａはアース２６に接続されている。
が製膜室１７にそれぞれ連通している。主排気路１８Ａ
は、チャンバ２８Ａの後面部にて開口し、図示しない真
空排気ポンプの吸込口に連通している。原料ガス供給路
１９は、チャンバ２８Ａの側面部にて開口し、図示しな
いガスドーザーおよびガス供給源にそれぞれ連通してい
る。ガスドーザーは基板２０に向けて原料ガスを均一に
供給するための整流板を備えている。なお、チャンバ２
８Ａはアース２６に接続されている。
【００３１】製膜室１７内に原料ガスを供給しながら図
示しない電極に給電し、電子ビームを打ち込むと、プラ
ズマ２２が生成され、コイル２４ａ，２４ｂに通電する
と、図４に示すようにカスプ磁場が形成される。このカ
スプ磁場は、図４中に矢印で示すように生成プラズマ２
２に作用してプラズマ２２を製膜室１７内に封じ込め、
プラズマ２２中の活性種の基板２０に対するデポジット
を促進させる。
示しない電極に給電し、電子ビームを打ち込むと、プラ
ズマ２２が生成され、コイル２４ａ，２４ｂに通電する
と、図４に示すようにカスプ磁場が形成される。このカ
スプ磁場は、図４中に矢印で示すように生成プラズマ２
２に作用してプラズマ２２を製膜室１７内に封じ込め、
プラズマ２２中の活性種の基板２０に対するデポジット
を促進させる。
【００３２】次に、第２層となる結晶核層（初期核層）
の製膜方法について述べる。
の製膜方法について述べる。
【００３３】装置Ａの放電室１に設けた熱フィラメント
４にフィラメント電源１４によって電力を供給し、熱電
子放出板５から電子を放出させる。放電電極７に放電電
源１５によって印加した電圧によってガス供給口１０か
ら導入されたガスをプラズマ１３として放電させる。放
電電極７に印加された放電電源１５によって中間室２に
引き出された電子ビーム１２は中間電極８および加速電
源１６によって電圧の印加された加速電極９によって加
速されて製膜室１７に導入される。このとき、放電室１
に供給されたガスは、差動排気路１１を介して製膜室１
７での製膜に影響しない程度に真空排気される。製膜室
１７に導入された電子ビーム１２は、高エネルギである
ので原料ガス１９を励起して多数のラジカル水素Ｈ＊を
発生させる。この結果、製膜室１７内に高密度のガスプ
ラズマ２２が生成される。
４にフィラメント電源１４によって電力を供給し、熱電
子放出板５から電子を放出させる。放電電極７に放電電
源１５によって印加した電圧によってガス供給口１０か
ら導入されたガスをプラズマ１３として放電させる。放
電電極７に印加された放電電源１５によって中間室２に
引き出された電子ビーム１２は中間電極８および加速電
源１６によって電圧の印加された加速電極９によって加
速されて製膜室１７に導入される。このとき、放電室１
に供給されたガスは、差動排気路１１を介して製膜室１
７での製膜に影響しない程度に真空排気される。製膜室
１７に導入された電子ビーム１２は、高エネルギである
ので原料ガス１９を励起して多数のラジカル水素Ｈ＊を
発生させる。この結果、製膜室１７内に高密度のガスプ
ラズマ２２が生成される。
【００３４】製膜室１７内には基板ヒータ２１により加
熱された基板２０が設置してあり、原料ガスプラズマ２
２によって下地層５１（第１層）上に初期核層５２（第
２層）が製膜される。原料ガス１９は主排気路１８Ａを
介して製膜室１７から排気される。また、製膜室１７内
あるいは製膜室１７の外側にはカスプ磁場２４を設置す
ることにより、基板２０表面付近に原料ガスプラズマ２
２を高密度に閉じ込めることができる。
熱された基板２０が設置してあり、原料ガスプラズマ２
２によって下地層５１（第１層）上に初期核層５２（第
２層）が製膜される。原料ガス１９は主排気路１８Ａを
介して製膜室１７から排気される。また、製膜室１７内
あるいは製膜室１７の外側にはカスプ磁場２４を設置す
ることにより、基板２０表面付近に原料ガスプラズマ２
２を高密度に閉じ込めることができる。
【００３５】図３に従来から用いられている汎用の電子
ビーム励起プラズマ装置（以下、装置Ｃという）の断面
図を示す。装置Ｃは電子ビームが垂直方向に射出される
方式の装置であり、熱電子を上方から加速させて下方の
処理室１７に打ち込むようになっている。この従来装置
Ｃにおいて電子ビーム１２は製膜室１７内に設置された
基板２０の表面に対して垂直方向に入射してもよいとさ
れていた。しかしながら、従来装置Ｃにおいて電子ビー
ム１２を基板２０に垂直に入射させた場合には、基板２
０の表面が負電位に帯電し、電子ビーム１２によって励
起された原料ガスプラズマ２２内に発生した正イオンが
基板２０表面に高いエネルギーで入射して膜質を劣化さ
せることが判明した。
ビーム励起プラズマ装置（以下、装置Ｃという）の断面
図を示す。装置Ｃは電子ビームが垂直方向に射出される
方式の装置であり、熱電子を上方から加速させて下方の
処理室１７に打ち込むようになっている。この従来装置
Ｃにおいて電子ビーム１２は製膜室１７内に設置された
基板２０の表面に対して垂直方向に入射してもよいとさ
れていた。しかしながら、従来装置Ｃにおいて電子ビー
ム１２を基板２０に垂直に入射させた場合には、基板２
０の表面が負電位に帯電し、電子ビーム１２によって励
起された原料ガスプラズマ２２内に発生した正イオンが
基板２０表面に高いエネルギーで入射して膜質を劣化さ
せることが判明した。
【００３６】これに対して、本発明に用いる装置Ａでは
製膜室１７内に入射した電子ビーム１２に対して基板２
０を水平方向に設置することにより、基板２０表面が負
電位に帯電することを防止し、原料ガスプラズマ２２内
に発生した正イオンによる初期核層の膜質を向上させる
ことができる。
製膜室１７内に入射した電子ビーム１２に対して基板２
０を水平方向に設置することにより、基板２０表面が負
電位に帯電することを防止し、原料ガスプラズマ２２内
に発生した正イオンによる初期核層の膜質を向上させる
ことができる。
【００３７】また、装置Ｃを用いる従来法では基板２０
の設置方向については規定されていなかったが、基板２
０表面を上向きに設置した場合に原料ガスプラズマ２２
内で発生するパーティクルが製膜中に基板２０表面に堆
積してしまい膜質を劣化させる問題があった。これに対
して、装置Ａのように基板２０表面を下向きになるよう
に設置することにより製膜中にパーティクルが堆積する
ことを抑制することができる。
の設置方向については規定されていなかったが、基板２
０表面を上向きに設置した場合に原料ガスプラズマ２２
内で発生するパーティクルが製膜中に基板２０表面に堆
積してしまい膜質を劣化させる問題があった。これに対
して、装置Ａのように基板２０表面を下向きになるよう
に設置することにより製膜中にパーティクルが堆積する
ことを抑制することができる。
【００３８】本発明の効果は、図２に示す他の実施形態
の電子ビーム励起プラズマ装置（以下、装置Ｂという）
においても実現することができる。この装置Ｂは、電子
ビーム１２の入射軸に対して垂直に取り付けられ、アー
ス２６に接地された遮蔽板２５を備えている。このよう
な遮蔽板２５により電子ビーム１２が基板２０表面へ直
接入射しないようにし、基板２０を鉛直方向に設置して
表面へのパーティクルの堆積を抑制することができる。
の電子ビーム励起プラズマ装置（以下、装置Ｂという）
においても実現することができる。この装置Ｂは、電子
ビーム１２の入射軸に対して垂直に取り付けられ、アー
ス２６に接地された遮蔽板２５を備えている。このよう
な遮蔽板２５により電子ビーム１２が基板２０表面へ直
接入射しないようにし、基板２０を鉛直方向に設置して
表面へのパーティクルの堆積を抑制することができる。
【００３９】次に、上記の装置Ａおよび装置Ｂを用いて
本発明の薄膜を形成するときの製膜条件についてそれぞ
れ説明する。
本発明の薄膜を形成するときの製膜条件についてそれぞ
れ説明する。
【００４０】製膜室１７に導入する原料ガスとしてはＳ
ｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等のシラン系ガスあるいは、ＳｉＦ4、
ＳｉＨ2Ｃｌ2等のハロシラン系ガスあるいはこれらのガ
スを水素もしくは水素と希ガスの混合ガスで希釈したも
のを用いることができる。また同時にＢ2Ｈ6、ＰＨ3、
ＡｓＨ3等のガスを俳給することによりｐ型あるいはｎ
型の膜を形成することも可能である。原料ガスは製膜室
１７内に０．５〜５０ｍＴｏｒｒの圧力範囲で供給す
る。基板２０にはガラス、セラミックス、金属、透明導
電膜又は金属若しくは合金を薄膜として表面に形成した
ガラス、透明導電膜又は金属若しくは合金を薄膜として
表面に形成したセラミックス、および透明導電膜又は金
属若しくは合金を薄膜として表面に形成した樹脂からな
る群から選ばれた基板を用いることができる。
ｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等のシラン系ガスあるいは、ＳｉＦ4、
ＳｉＨ2Ｃｌ2等のハロシラン系ガスあるいはこれらのガ
スを水素もしくは水素と希ガスの混合ガスで希釈したも
のを用いることができる。また同時にＢ2Ｈ6、ＰＨ3、
ＡｓＨ3等のガスを俳給することによりｐ型あるいはｎ
型の膜を形成することも可能である。原料ガスは製膜室
１７内に０．５〜５０ｍＴｏｒｒの圧力範囲で供給す
る。基板２０にはガラス、セラミックス、金属、透明導
電膜又は金属若しくは合金を薄膜として表面に形成した
ガラス、透明導電膜又は金属若しくは合金を薄膜として
表面に形成したセラミックス、および透明導電膜又は金
属若しくは合金を薄膜として表面に形成した樹脂からな
る群から選ばれた基板を用いることができる。
【００４１】熱フィラメント４としてタングステンフィ
ラメント等の高融点金属、熱電子放出板５としてはＬａ
Ｂ6板等を用いることができる。ガス供給口１０から供
給するガスとしてＡｒガスを０．５〜１０ｓｃｃｍの流
量で放電室１内の圧力が１×１０-3Ｔｏｒｒ以下となる
ように供給してプラズマ１３を発生させる。放電電極７
に印可する放電電源１５としては放電電流値が５〜１０
０Ａとなるように設定する。加速電極９に印加する加速
電源１６は３０〜２００Ｖである。これにより、電子ビ
ーム１２を放電電流にほぼ等しい５〜１００Ａの範囲で
製膜室１７に入射させることができる。このとき加速電
源１６を５０Ｖ〜１５０Ｖとすると、原料ガスの励起効
率が向上し、高密度プラズマを発生させることができる
のでより好ましい。
ラメント等の高融点金属、熱電子放出板５としてはＬａ
Ｂ6板等を用いることができる。ガス供給口１０から供
給するガスとしてＡｒガスを０．５〜１０ｓｃｃｍの流
量で放電室１内の圧力が１×１０-3Ｔｏｒｒ以下となる
ように供給してプラズマ１３を発生させる。放電電極７
に印可する放電電源１５としては放電電流値が５〜１０
０Ａとなるように設定する。加速電極９に印加する加速
電源１６は３０〜２００Ｖである。これにより、電子ビ
ーム１２を放電電流にほぼ等しい５〜１００Ａの範囲で
製膜室１７に入射させることができる。このとき加速電
源１６を５０Ｖ〜１５０Ｖとすると、原料ガスの励起効
率が向上し、高密度プラズマを発生させることができる
のでより好ましい。
【００４２】ヒータ２１によって基板２０を１５０℃か
ら５００℃までの範囲の温度域に加熱する。結晶化率７
０％以上、（２２０）配向膜を得るためには、より好ま
しくは２００℃〜５００℃の範囲の温度域に加熱するこ
とが望ましい。
ら５００℃までの範囲の温度域に加熱する。結晶化率７
０％以上、（２２０）配向膜を得るためには、より好ま
しくは２００℃〜５００℃の範囲の温度域に加熱するこ
とが望ましい。
【００４３】カスプ磁楊２４によって発生させる磁場は
カスプ磁場とし、図４に示すような磁場を発生させるよ
うにすることにより原料ガスプラズマ２２を空間的に閉
じ込めることが可能である。
カスプ磁場とし、図４に示すような磁場を発生させるよ
うにすることにより原料ガスプラズマ２２を空間的に閉
じ込めることが可能である。
【００４４】（実施例）表１に実施例および比較例の製
膜条件をそれぞれ示す。実施例１〜５は装置Ａ（図１）
を用いた製膜条件に、実施例６〜１０は装置Ｂ（図２）
を用いた製膜条件に、比較例１〜３は装置Ｃ（図３）を
用いた製膜条件にそれぞれ該当する。チャンバ内圧を１
６ｍＴｏｒｒに、シランガス流量を３ｓｃｃｍに、水素
流量を８０ｓｃｃｍにそれぞれ設定し、基板温度を１８
０℃，２７０℃，４０５℃に様々に変えるとともに、加
速電圧を５０Ｖ，１００Ｖ，１５０Ｖに種々変えて実施
した。
膜条件をそれぞれ示す。実施例１〜５は装置Ａ（図１）
を用いた製膜条件に、実施例６〜１０は装置Ｂ（図２）
を用いた製膜条件に、比較例１〜３は装置Ｃ（図３）を
用いた製膜条件にそれぞれ該当する。チャンバ内圧を１
６ｍＴｏｒｒに、シランガス流量を３ｓｃｃｍに、水素
流量を８０ｓｃｃｍにそれぞれ設定し、基板温度を１８
０℃，２７０℃，４０５℃に様々に変えるとともに、加
速電圧を５０Ｖ，１００Ｖ，１５０Ｖに種々変えて実施
した。
【００４５】次に、図５〜図９及び表２をそれぞれ参照
して上記の実施例１〜１０および比較例１〜３に対する
膜質評価について述べる。
して上記の実施例１〜１０および比較例１〜３に対する
膜質評価について述べる。
【００４６】図５は、横軸に基板温度（℃）をとり、縦
軸にラマン比（ｌｃ／ｌａ）をとって、各装置Ａ，Ｂ，
Ｃにおける両者の相関について示す特性線図である。図
中にて菱形は装置Ａにより製膜した薄膜の結果を、四角
は装置Ｂにより製膜した薄膜の結果を、三角は装置Ｃに
より製膜した薄膜の結果をそれぞれ示す。
軸にラマン比（ｌｃ／ｌａ）をとって、各装置Ａ，Ｂ，
Ｃにおける両者の相関について示す特性線図である。図
中にて菱形は装置Ａにより製膜した薄膜の結果を、四角
は装置Ｂにより製膜した薄膜の結果を、三角は装置Ｃに
より製膜した薄膜の結果をそれぞれ示す。
【００４７】ここで「ラマン比」とは、製膜した膜のラ
マン分光測定結果の５２０ｃｍ-1および４８０ｃｍ-1の
分光強度の比を示し、膜の結晶化率の高さに対応する。
図から明らかなように、装置Ｃで製膜した膜のラマン比
は基板温度に拘わりなく低い値となるが、装置Ａ，Ｂで
製膜した膜のラマン比は基板温度が１８０℃から２７０
℃〜４０５℃の温度域に上昇するにともない急激に増大
した。
マン分光測定結果の５２０ｃｍ-1および４８０ｃｍ-1の
分光強度の比を示し、膜の結晶化率の高さに対応する。
図から明らかなように、装置Ｃで製膜した膜のラマン比
は基板温度に拘わりなく低い値となるが、装置Ａ，Ｂで
製膜した膜のラマン比は基板温度が１８０℃から２７０
℃〜４０５℃の温度域に上昇するにともない急激に増大
した。
【００４８】図６は、横軸に基板温度（℃）をとり、縦
軸に結晶粒径（ｎｍ）をとって、各装置Ａ，Ｂ，Ｃにお
ける両者の相関について示す特性線図である。図中の図
形記号は図５と同様である。図から明らかなように、装
置Ｃで製膜した膜の結晶粒径は基板温度に拘わりなく小
さいが、装置Ａ，Ｂで製膜した膜の結晶粒径は基板温度
が１８０℃から２７０℃〜４０５℃の温度域に上昇する
にともない急激に増大した。
軸に結晶粒径（ｎｍ）をとって、各装置Ａ，Ｂ，Ｃにお
ける両者の相関について示す特性線図である。図中の図
形記号は図５と同様である。図から明らかなように、装
置Ｃで製膜した膜の結晶粒径は基板温度に拘わりなく小
さいが、装置Ａ，Ｂで製膜した膜の結晶粒径は基板温度
が１８０℃から２７０℃〜４０５℃の温度域に上昇する
にともない急激に増大した。
【００４９】図７は、横軸に加速電圧（Ｖ）をとり、縦
軸にラマン比（ｌｃ／ｌａ）をとって、各装置Ａ，Ｂ，
Ｃにおける両者の相関について示す特性線図である。図
中の図形記号は図５と同様である。図から明らかなよう
に、装置Ｃで製膜した膜のラマン比は加速電圧に拘わり
なく低い値となるが、装置Ａ，Ｂで製膜した膜のラマン
比は加速電圧が５０Ｖから１００Ｖ〜１５０Ｖに上昇す
るにともない急激に増大した。
軸にラマン比（ｌｃ／ｌａ）をとって、各装置Ａ，Ｂ，
Ｃにおける両者の相関について示す特性線図である。図
中の図形記号は図５と同様である。図から明らかなよう
に、装置Ｃで製膜した膜のラマン比は加速電圧に拘わり
なく低い値となるが、装置Ａ，Ｂで製膜した膜のラマン
比は加速電圧が５０Ｖから１００Ｖ〜１５０Ｖに上昇す
るにともない急激に増大した。
【００５０】図８は、横軸に加速電圧（Ｖ）をとり、縦
軸に結晶粒径（ｎｍ）をとって、各装置Ａ，Ｂ，Ｃにお
ける両者の相関について示す特性線図である。図中の図
形記号は図５と同様である。図から明らかなように、装
置Ｃで製膜した膜の結晶粒径は加速電圧に拘わりなく小
さいが、装置Ａ，Ｂで製膜した膜の結晶粒径は加速電圧
が５０Ｖから１００Ｖ〜１５０Ｖに上昇するにともない
急激に増大した。
軸に結晶粒径（ｎｍ）をとって、各装置Ａ，Ｂ，Ｃにお
ける両者の相関について示す特性線図である。図中の図
形記号は図５と同様である。図から明らかなように、装
置Ｃで製膜した膜の結晶粒径は加速電圧に拘わりなく小
さいが、装置Ａ，Ｂで製膜した膜の結晶粒径は加速電圧
が５０Ｖから１００Ｖ〜１５０Ｖに上昇するにともない
急激に増大した。
【００５１】図９の（ａ）は装置Ｃを用いる従来方法に
より製膜された膜表面の電子顕微鏡写真を示す図、
（ｂ）は装置Ａ，Ｂを用いる本発明方法により製膜され
た膜表面の電子顕微鏡写真を示す図である。両図を比較
してみると、従来の膜は凹凸状の表面欠陥が多いのに対
して、本発明の膜は欠陥の無い均一な表面となることが
判明した。
より製膜された膜表面の電子顕微鏡写真を示す図、
（ｂ）は装置Ａ，Ｂを用いる本発明方法により製膜され
た膜表面の電子顕微鏡写真を示す図である。両図を比較
してみると、従来の膜は凹凸状の表面欠陥が多いのに対
して、本発明の膜は欠陥の無い均一な表面となることが
判明した。
【００５２】
【表１】
【００５３】
【表２】
【００５４】（第３層の製膜方法）次に、第３層となる
薄膜多結晶シリコン５３の製膜方法について述べる。
薄膜多結晶シリコン５３の製膜方法について述べる。
【００５５】図１１および図１２に第３層となる薄膜多
結晶シリコンの製膜に用いた装置の構成図を示す。
結晶シリコンの製膜に用いた装置の構成図を示す。
【００５６】図１１に示すように、装置Ｅは、真空容器
３０、ガス混合箱３５、基板ヒータ３１、放電用電極３
８、及び真空ポンプ３４等を備えている。基板２０は、
製膜面を下にして基板ヒータ３１に密着して配置される
構造となっている。放電用電極として後述のラダー電極
を用いた。
３０、ガス混合箱３５、基板ヒータ３１、放電用電極３
８、及び真空ポンプ３４等を備えている。基板２０は、
製膜面を下にして基板ヒータ３１に密着して配置される
構造となっている。放電用電極として後述のラダー電極
を用いた。
【００５７】図１２に示すように、ラダー電極３８は、
基板ヒータ３１と対峙する位置に配置され、同軸ケーブ
ル４１を介してインピーダンス整合器３９及び高周波電
源４１が接続されている。ラダー電極３８は、直径４〜
１２ｍｍ程度のステンレス製の線材をはしご状に組み合
わせた構造である。ラダー電極３８は、容量結合型放電
と誘導結合型放電の双方の特性を兼ね備えている点に特
徴がある。また、従来から用いられている平行平板型電
極と比べて、ラダー電極３８は開口部が広く、原料ガス
流れの制御性に優れていることも特徴の１つである。
基板ヒータ３１と対峙する位置に配置され、同軸ケーブ
ル４１を介してインピーダンス整合器３９及び高周波電
源４１が接続されている。ラダー電極３８は、直径４〜
１２ｍｍ程度のステンレス製の線材をはしご状に組み合
わせた構造である。ラダー電極３８は、容量結合型放電
と誘導結合型放電の双方の特性を兼ね備えている点に特
徴がある。また、従来から用いられている平行平板型電
極と比べて、ラダー電極３８は開口部が広く、原料ガス
流れの制御性に優れていることも特徴の１つである。
【００５８】（実施例）次に、実施例について説明す
る。本実施例では基板としてガラス基板を用いた。本発
明の効果は、ガラス基板に限定されるものではなく、金
属、セラミックス等からなる他の基板でも同様の効果を
生じる。
る。本実施例では基板としてガラス基板を用いた。本発
明の効果は、ガラス基板に限定されるものではなく、金
属、セラミックス等からなる他の基板でも同様の効果を
生じる。
【００５９】ガラス基板２０上に第１の層５１（結晶核
下地層）及び第２の層５２（結晶核層）を形成した基板
を、図１１に示すように、製膜面を下にして基板ヒータ
３１に密着するように設置した。その後、真空ポンプ３
４により、ステンレス製の真空容器３０内を５×１０-7
Ｔｏｒｒまで排気した。
下地層）及び第２の層５２（結晶核層）を形成した基板
を、図１１に示すように、製膜面を下にして基板ヒータ
３１に密着するように設置した。その後、真空ポンプ３
４により、ステンレス製の真空容器３０内を５×１０-7
Ｔｏｒｒまで排気した。
【００６０】製膜用の原料ガスとして、シランＳｉＨ4
及び水素Ｈ2を用いた。シランＳｉＨ 4及び水素Ｈ2を原
料ガス導入管３６を介してガス混合箱３５に導入した。
シランＳｉＨ4及び水素Ｈ2の流量は、図示しないマスフ
ローコントローラにより制御されており、各々７ｓｃｃ
ｍと３００ｓｃｃｍに設定した。シランＳｉＨ4及び水
素Ｈ2の流量は、記述した値に限定されるものではな
く、水素Ｈ2に対するＳｉＨ 4の流量が０．５〜２０原子
％の範囲において、本発明の効果が生じる。水素Ｈ2に
対するＳｉＨ4の流量が０．５原子％以下の場合は、薄
膜多結晶シリコンは成長するものの、製膜速度が小さ
く、生産性が向上しないという問題を生じる。また、水
素Ｈ2に対するＳｉＨ4の流量が２０％以上の場合は、水
素ラジカルの発生量が少ないため薄膜多結晶シリコンが
成長せず、アモルファスシリコンが製膜されるという問
題がある。
及び水素Ｈ2を用いた。シランＳｉＨ 4及び水素Ｈ2を原
料ガス導入管３６を介してガス混合箱３５に導入した。
シランＳｉＨ4及び水素Ｈ2の流量は、図示しないマスフ
ローコントローラにより制御されており、各々７ｓｃｃ
ｍと３００ｓｃｃｍに設定した。シランＳｉＨ4及び水
素Ｈ2の流量は、記述した値に限定されるものではな
く、水素Ｈ2に対するＳｉＨ 4の流量が０．５〜２０原子
％の範囲において、本発明の効果が生じる。水素Ｈ2に
対するＳｉＨ4の流量が０．５原子％以下の場合は、薄
膜多結晶シリコンは成長するものの、製膜速度が小さ
く、生産性が向上しないという問題を生じる。また、水
素Ｈ2に対するＳｉＨ4の流量が２０％以上の場合は、水
素ラジカルの発生量が少ないため薄膜多結晶シリコンが
成長せず、アモルファスシリコンが製膜されるという問
題がある。
【００６１】第３層製膜中の圧力（製膜室の内圧）は、
図示しない圧力調整弁によって制御されており、本実施
例ではこれが１．５Ｔｏｒｒになるように設定した。圧
力調整と併行して、基板ヒータに所定量の電力を投入
し、基板表面温度が４００℃になるように制御した。
１．５Ｔｏｒｒに圧力を調整した後、基板ヒータに電力
を投入した状態で、所定時間保持し、基板表面温度を安
定させた。続いて、高周波電源から周波数１００ＭＨｚ
の高周波電力をラダー電極３８に供給した。次いで、イ
ンピーダンス整合器３９を調整し、反射電力を低減さ
せ、ラダー電極３８と基板２０との間にプラズマを発生
させ、基板２０上に薄膜多結晶シリコンを製膜した。所
定時間製膜後、基板ヒータ３１の電力を下げ、基板２０
を室温程度まで冷却した後に、容器３０内から基板２０
を取り出した。
図示しない圧力調整弁によって制御されており、本実施
例ではこれが１．５Ｔｏｒｒになるように設定した。圧
力調整と併行して、基板ヒータに所定量の電力を投入
し、基板表面温度が４００℃になるように制御した。
１．５Ｔｏｒｒに圧力を調整した後、基板ヒータに電力
を投入した状態で、所定時間保持し、基板表面温度を安
定させた。続いて、高周波電源から周波数１００ＭＨｚ
の高周波電力をラダー電極３８に供給した。次いで、イ
ンピーダンス整合器３９を調整し、反射電力を低減さ
せ、ラダー電極３８と基板２０との間にプラズマを発生
させ、基板２０上に薄膜多結晶シリコンを製膜した。所
定時間製膜後、基板ヒータ３１の電力を下げ、基板２０
を室温程度まで冷却した後に、容器３０内から基板２０
を取り出した。
【００６２】第３層製膜中の圧力は、１．５Ｔｏｒｒの
みに限定されるものではなく、下記の範囲内で種々変更
可能であり、同様の効果を得ることができる。また、他
の製膜条件も上記のみに限定されるものではなく、下記
の範囲内で種々変更可能であり、同様の効果を得ること
ができる。
みに限定されるものではなく、下記の範囲内で種々変更
可能であり、同様の効果を得ることができる。また、他
の製膜条件も上記のみに限定されるものではなく、下記
の範囲内で種々変更可能であり、同様の効果を得ること
ができる。
【００６３】製膜圧力（Ｔｏｒｒ）；０.１〜５.０ ＳｉＨ4／Ｈ2流量比（％） ；０.５〜２０ 基板温度（℃） ；１００〜５００ 電源周波数（ＭＨｚ）；５０〜３００ 製膜条件を上記の範囲とした理由について説明する。
【００６４】製膜圧力が０．１Ｔｏｒｒを下回ると、製
膜速度が極めて小さくなり、生産性が向上しないので、
圧力の下限値は０．１Ｔｏｒｒとする。一方、製膜圧力
が５Ｔｏｒｒを上回ると、製膜中に気相中で微少なパー
ティクルを生じやすくなるとともに、局所的な異常放電
が発生しやすくなり、膜の品質が低下するので、圧力の
上限値は５Ｔｏｒｒとする。
膜速度が極めて小さくなり、生産性が向上しないので、
圧力の下限値は０．１Ｔｏｒｒとする。一方、製膜圧力
が５Ｔｏｒｒを上回ると、製膜中に気相中で微少なパー
ティクルを生じやすくなるとともに、局所的な異常放電
が発生しやすくなり、膜の品質が低下するので、圧力の
上限値は５Ｔｏｒｒとする。
【００６５】製膜時の基板表面温度が１００℃を下回る
と、成長表面に吸着した活性種の表面拡散が促進されな
いため、核形成が進まず、薄膜多結晶シリコンが成長し
なくなるので、基板表面温度の下限値は１００℃とす
る。一方、基板表面温度が５００℃を上回ると、成長表
面からの水素の脱離が活発となり、表面の未結合手が増
加して、活性種の表面拡散が促進されなくなり、膜中の
欠陥が増加するので、基板表面温度の上限値は５００℃
とする。また、製膜時の温度を高く設定しすぎると、使
用可能な基板が耐熱性の高い材料のみに限られてしまう
ことも温度の上限値の理由となる。
と、成長表面に吸着した活性種の表面拡散が促進されな
いため、核形成が進まず、薄膜多結晶シリコンが成長し
なくなるので、基板表面温度の下限値は１００℃とす
る。一方、基板表面温度が５００℃を上回ると、成長表
面からの水素の脱離が活発となり、表面の未結合手が増
加して、活性種の表面拡散が促進されなくなり、膜中の
欠陥が増加するので、基板表面温度の上限値は５００℃
とする。また、製膜時の温度を高く設定しすぎると、使
用可能な基板が耐熱性の高い材料のみに限られてしまう
ことも温度の上限値の理由となる。
【００６６】高周波電源の周波数が５０ＭＨｚを下回る
と、周波数の２乗に比例してプラズマ密度は低下するた
めにプラズマ中で励起される水素ラジカルの数が不足
し、薄膜多結晶シリコンの成長が促進されなくなるの
で、周波数の下限値は５０ＭＨｚとする。一方、電源の
周波数が３００ＭＨｚを上回ると、放電電極内での電圧
分布が不均一となり、膜厚及び膜質均一性が著しく低下
するので、周波数の上限値は３００ＭＨｚとする。
と、周波数の２乗に比例してプラズマ密度は低下するた
めにプラズマ中で励起される水素ラジカルの数が不足
し、薄膜多結晶シリコンの成長が促進されなくなるの
で、周波数の下限値は５０ＭＨｚとする。一方、電源の
周波数が３００ＭＨｚを上回ると、放電電極内での電圧
分布が不均一となり、膜厚及び膜質均一性が著しく低下
するので、周波数の上限値は３００ＭＨｚとする。
【００６７】上記の製膜条件で生成したプラズマは、極
めて安定しており、入射電力及び反射電力の時間的変化
はほとんど認められなかった。
めて安定しており、入射電力及び反射電力の時間的変化
はほとんど認められなかった。
【００６８】
【発明の効果】本発明によれば、ガラス、セラミック
ス、金属、樹脂などの安価な基板上に低温プロセスで結
晶化率の高い薄膜多結晶シリコンを形成することができ
る。
ス、金属、樹脂などの安価な基板上に低温プロセスで結
晶化率の高い薄膜多結晶シリコンを形成することができ
る。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る製造装置の内部
透視断面図。
透視断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る製造装置の内部
透視断面図。
透視断面図。
【図３】従来装置の内部透視断面図。
【図４】カスプ磁界を形成する一対のリング電極を切り
欠いて示す斜視図。
欠いて示す斜視図。
【図５】各装置における基板温度とラマン比との相関を
示す特性線図。
示す特性線図。
【図６】各装置における基板温度と結晶粒径（ｎｍ）と
の相関を示す特性線図。
の相関を示す特性線図。
【図７】各装置における加速電圧とラマン比との相関を
示す特性線図。
示す特性線図。
【図８】各装置における加速電圧と結晶粒径（ｎｍ）と
の相関を示す特性線図。
の相関を示す特性線図。
【図９】（ａ）は従来方法により製膜された膜表面の電
子顕微鏡写真、（ｂ）は本発明方法により製膜された膜
表面の電子顕微鏡写真。
子顕微鏡写真、（ｂ）は本発明方法により製膜された膜
表面の電子顕微鏡写真。
【図１０】本発明方法を用いて製造された薄膜多結晶シ
リコンの概要を示す縦断面図。
リコンの概要を示す縦断面図。
【図１１】薄膜多結晶シリコンの製膜に用いた装置を示
す内部透視断面図。
す内部透視断面図。
【図１２】図１１の製膜装置の一部を示す平面模式図。
１…放電室、１ａ…放電チャンバ、 ２…中間室、２ａ…中間チャンバ、 ３…電子加速室、３ａ…加速チャンバ、 ４…熱フィラメント、 ５…熱電子放出板、 ６…絶縁板、 ７…放電電極、 ８…中間電極、 ９…加速電極、 １０…ガス供給路、 １１…差動排気路、 １２ａ，１２ｂ，１２ｃ…電子ビーム通路（電極の
孔）、 １３…プラズマ、 １４，１５，１６…電源、 １７…製膜室、 １８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ…主排気路、 １９…原料ガス供給路、 ２０…基板、 ２１…ヒータ、 ２２…プラズマ、 ２３…電子ビーム収束磁場形成用コイル、 ２４ａ，２４ｂ…カスプ磁場形成用コイル、 ２５…遮蔽板、 ２６…アース、 ２７…カスプ磁場、 ２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ…プロセスチャンバ、 ３０…真空容器、 ３１…ヒータ、 ３２…製膜室、 ３３…排気路、 ３４…真空ポンプ、 ３５…ガス混合箱、 ３６…ガスノズル、 ３７…原料ガス供給源、 ３８…ラダー電極、 ３９…インピーダンス整合器、 ５１…結晶核下地層、 ５２…結晶核層、 ５３…薄膜多結晶シリコン層。
孔）、 １３…プラズマ、 １４，１５，１６…電源、 １７…製膜室、 １８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ…主排気路、 １９…原料ガス供給路、 ２０…基板、 ２１…ヒータ、 ２２…プラズマ、 ２３…電子ビーム収束磁場形成用コイル、 ２４ａ，２４ｂ…カスプ磁場形成用コイル、 ２５…遮蔽板、 ２６…アース、 ２７…カスプ磁場、 ２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ…プロセスチャンバ、 ３０…真空容器、 ３１…ヒータ、 ３２…製膜室、 ３３…排気路、 ３４…真空ポンプ、 ３５…ガス混合箱、 ３６…ガスノズル、 ３７…原料ガス供給源、 ３８…ラダー電極、 ３９…インピーダンス整合器、 ５１…結晶核下地層、 ５２…結晶核層、 ５３…薄膜多結晶シリコン層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 賢剛 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA17 BA29 BB03 BB12 CA05 CA06 DA01 FA01 HA04 JA01 KA14 LA04 5F045 AA03 AA08 AA14 AA19 AB03 AB04 AB40 AC01 AC02 AC04 AD05 AD06 AD07 AD08 AE13 AE15 AE17 AE19 AE21 AF07 AF10 AF14 BB07 BB12 CA13 DA61 DP04 EB08 EE06 EE12 EF17 EH04 EH16 EH18 EH19 5F051 AA03 BA14 CB11 CB12 CB14 CB15 CB30 FA02 FA04 GA02 GA03 GA06
Claims (14)
- 【請求項１】 ガラス、セラミックス、金属、透明導電
膜又は金属若しくは合金を薄膜として表面に形成したガ
ラス、透明導電膜又は金属若しくは合金を薄膜として表
面に形成したセラミックス、および透明導電膜又は金属
若しくは合金を薄膜として表面に形成した樹脂からなる
群から選ばれた基板上に積層形成され、金属、合金、金
属酸化物およびシリコンのいずれかからなる結晶核下地
層としての第１の層と、 この第１の層の上に積層形成され、シリコンからなる結
晶核層としての第２の層と、 この第２の層の上に５００℃以下の製膜プロセスを用い
て積層形成された多結晶シリコンからなる第３の層と、
を具備することを特徴とする薄膜多結晶シリコン。 - 【請求項２】 前記第２の層は、その膜厚が１０ｎｍ以
上で１０００ｎｍ以下であり、かつ体積結晶化率が７０
％以上であり、かつ（２２０）面に優先的に配向してい
ることを特徴とする請求項１記載の薄膜多結晶シリコ
ン。 - 【請求項３】 前記第３の層は、その体積結晶化率が７
０％以上であり、かつ（２２０）面に優先的に配向して
いることを特徴とする請求項１記載の薄膜多結晶シリコ
ン。 - 【請求項４】 ガラス、セラミックス、金属、透明導電
膜又は金属若しくは合金を薄膜として表面に形成したガ
ラス、透明導電膜又は金属若しくは合金を薄膜として表
面に形成したセラミックス、および透明導電膜又は金属
若しくは合金を薄膜として表面に形成した樹脂からなる
群から選ばれた基板を化学蒸着、熱CVD法、イオンプレ
ーティング法、スパッタリング法などの製膜方法により
金属、合金、金属酸化物およびシリコンのいずれかから
なる結晶核下地層としての第１の層を前記基板上に積層
形成する工程（ａ）と、 シリコンからなる結晶核層としての第２の層を前記第１
の層の上に積層形成する工程（ｂ）と、 この第２の層の上に５００℃以下の製膜プロセスを用い
て多結晶シリコンからなる第３の層を積層形成する工程
（ｃ）と、を具備することを特徴とする薄膜多結晶シリ
コンの製造方法。 - 【請求項５】 上記工程（ｂ）では電子ビーム励起プラ
ズマ法を用いて第２の層となる結晶核層を形成し、かつ
上記工程（ｃ）ではラダー状の放電電極を用いるプラズ
マＣＶＤ法を用いて第３の層となる多結晶シリコン層を
形成することを特徴とする請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 上記工程（ｂ）では、電子ビームのエネ
ルギーを２０ｅＶ以上２００ｅＶ以下の範囲とし、基板
の温度を５００℃以下とし、水素に対するシラン系ガス
の流量比を.０．５%以上２０%以下の範囲とし、圧力を
0.5mTorr以上50mTorr以下とすることを特徴とする請求
項５記載の方法。 - 【請求項７】 上記工程（ｃ）では、水素に対するシラ
ンＳｉＨ4の流量比を０．５％以上２０％以下の範囲と
し、ラダー状の放電電極の放電周波数を５０ＭＨｚ以上
３００ＭＨｚ以下の範囲とし、圧力を０．１Ｔｏｒｒ以
上５Ｔｏｒｒ以下の範囲とし、基板の温度を５００℃以
下とすることを特徴とする請求項５記載の方法。 - 【請求項８】 ガラス、セラミックス、金属、透明導電
膜又は金属若しくは合金を薄膜として表面に形成したガ
ラス、透明導電膜又は金属若しくは合金を薄膜として表
面に形成したセラミックス、および透明導電膜又は金属
若しくは合金を薄膜として表面に形成した樹脂からなる
群から選ばれた基板上に積層形成され、金属、合金、お
よびシリコンのいずれかからなる結晶核下地層としての
第１の層と、 この第１の層の上に積層形成され、シリコンのからなる
結晶核下地層としての第２の層と、 この第２の層の上に５００℃以下の製膜プロセスを用い
て積層形成された膜厚０．５μｍ以上１０μｍ以下の多
結晶シリコンからなり、発電層として用いられる第３の
層と、を具備することを特徴とするシリコン系光電変換
素子。 - 【請求項９】 前記第２の層は、その膜厚が１０ｎｍ以
上で１０００ｎｍ以下であり、かつ体積結晶化率が７０
％以上であり、かつ（２２０）面に優先的に配向してい
ることを特徴とする請求項８記載のシリコン系光電変換
素子。 - 【請求項１０】 前記第３の層は、その体積結晶化率が
７０％以上であり、かつ（２２０）面に優先的に配向し
ていることを特徴とする請求項８記載のシリコン系光電
変換素子。 - 【請求項１１】 ガラス、セラミックス、金属、透明導
電膜又は金属若しくは合金を薄膜として表面に形成した
ガラス、透明導電膜又は金属若しくは合金を薄膜として
表面に形成したセラミックス、および透明導電膜又は金
属若しくは合金を薄膜として表面に形成した樹脂からな
る群から選ばれた基板を化学蒸着、熱CVD法、イオンプ
レーティング法、スパッタリング法などの製膜方法によ
り金属、合金、金属酸化物およびシリコンのいずれかか
らなる結晶核下地層としての第１の層を前記基板上に積
層形成する工程（ａ）と、 シリコンからなる結晶核層としての第２の層を前記第１
の層の上に積層形成する工程（ｂ）と、 この第２の層の上に５００℃以下の製膜プロセスを用い
て積層形成された膜厚０．５μｍ以上１０μｍ以下の多
結晶シリコンからなり、発電層として用いられる第３の
層を積層形成する工程（ｃ）と、を具備することを特徴
とするシリコン系光電変換素子の製造方法。 - 【請求項１２】 上記工程（ｂ）では電子ビーム励起プ
ラズマ法を用いて第２の層となる結晶核層を形成し、か
つ上記工程（ｃ）ではラダー状の放電電極を用いるプラ
ズマＣＶＤ法を用いて第３の層となる多結晶シリコン層
を形成することを特徴とする請求項１１記載の方法。 - 【請求項１３】 上記工程（ｂ）では、電子ビームのエ
ネルギーを２０ｅＶ以上２００ｅＶ以下の範囲とし、基
板の温度を５００℃以下とし、水素に対するシラン系ガ
スの流量比を.０．５%以上２０%以下の範囲とし、圧力
を0.5mTorr以上50mTorr以下とすることを特徴とする請
求項１２記載の方法。 - 【請求項１４】 上記工程（ｃ）では、水素に対するシ
ランＳｉＨ4の流量比を０．５％以上２０％以下の範囲
とし、ラダー状の放電電極の放電周波数を５０ＭＨｚ以
上３００ＭＨｚ以下の範囲とし、圧力を０．１Ｔｏｒｒ
以上５Ｔｏｒｒ以下の範囲とし、基板の温度を５００℃
以下とすることを特徴とする請求項１２記載の方法。
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|---|---|---|---|
| JP2000046298A JP4813637B2 (ja) | 2000-02-23 | 2000-02-23 | 薄膜多結晶シリコン及びシリコン系光電変換素子の製造方法 |
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|---|---|
| JP2001237446A true JP2001237446A (ja) | 2001-08-31 |
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Cited By (7)
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|---|---|---|---|---|
| WO2003073515A1 (en) * | 2002-02-28 | 2003-09-04 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Thin-film solar cell and its production method |
| WO2004086516A1 (en) * | 2003-03-26 | 2004-10-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Solar cell |
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