JPH0817738A - 結晶性半導体薄膜形成方法 - Google Patents
結晶性半導体薄膜形成方法Info
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- JPH0817738A JPH0817738A JP6142738A JP14273894A JPH0817738A JP H0817738 A JPH0817738 A JP H0817738A JP 6142738 A JP6142738 A JP 6142738A JP 14273894 A JP14273894 A JP 14273894A JP H0817738 A JPH0817738 A JP H0817738A
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- 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
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- Thin Film Transistor (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 基板上に、シリコン原子を含む化合物気体
のプラズマ分解により結晶性シリコン半導体薄膜形成す
る際に、シリコン原子を含む化合物気体を適当な温度
（200 〜800 ℃）に加熱した後、プラズマ分解処理を行
うことにより、低基板温度でかつ、高速に結晶性シリコ
ン半導体薄膜を形成する方法。 【効果】 本発明により作製した結晶性半導体薄膜
は、良好な結晶性、電気特性を有しかつ、従来技術にく
らべ、低基板温度で高速に形成することができ、薄膜太
陽電池や薄膜トランジスタに適用ができる。
のプラズマ分解により結晶性シリコン半導体薄膜形成す
る際に、シリコン原子を含む化合物気体を適当な温度
（200 〜800 ℃）に加熱した後、プラズマ分解処理を行
うことにより、低基板温度でかつ、高速に結晶性シリコ
ン半導体薄膜を形成する方法。 【効果】 本発明により作製した結晶性半導体薄膜
は、良好な結晶性、電気特性を有しかつ、従来技術にく
らべ、低基板温度で高速に形成することができ、薄膜太
陽電池や薄膜トランジスタに適用ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイスの高性能
化における、高キャリア移動度の高品質の結晶性半導体
膜を形成する技術に関する。
化における、高キャリア移動度の高品質の結晶性半導体
膜を形成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコン薄膜は、作製方法などに依存し
て、非晶質から結晶性と構造を変化せしめることが出
来、デバイス適用を考慮して、種々の形態が利用されて
いる。しかして、シリコン薄膜を利用する非晶質太陽電
池は、該非晶質シルコン薄膜が大きな可視光吸収係数を
もつために、薄膜太陽電池として広く研究開発がなされ
ている。この非晶質太陽電池において、開放端電圧を改
善するためには、ｐ型半導体薄膜の光電特性を改善せね
ばならず、特に、光学的バンドギャップの拡大と電気導
電率の向上を同時に行わねばならない。また、非晶質太
陽電池の特性向上について、ｎ型半導体薄膜についても
同様に、光学的バンドギャップの拡大と電気導電率の向
上を同時に行わねばならない技術の要請があった。これ
らを満足する材料として、結晶性薄膜が提案されている
が、従来技術では、膜厚が薄いと結晶性が悪く、また、
欠陥が多い。また、従来プロセスでは、結晶性薄膜を得
るのに、水素希釈で高密度プラズマを利用するため、イ
オン衝撃等による下地損傷が大きい、あるいは、400 ℃
というような比較的高温の基板温度が要求される等の問
題があり、非晶質太陽電池の特性向上につながる結晶性
薄膜が得られ難かった。
て、非晶質から結晶性と構造を変化せしめることが出
来、デバイス適用を考慮して、種々の形態が利用されて
いる。しかして、シリコン薄膜を利用する非晶質太陽電
池は、該非晶質シルコン薄膜が大きな可視光吸収係数を
もつために、薄膜太陽電池として広く研究開発がなされ
ている。この非晶質太陽電池において、開放端電圧を改
善するためには、ｐ型半導体薄膜の光電特性を改善せね
ばならず、特に、光学的バンドギャップの拡大と電気導
電率の向上を同時に行わねばならない。また、非晶質太
陽電池の特性向上について、ｎ型半導体薄膜についても
同様に、光学的バンドギャップの拡大と電気導電率の向
上を同時に行わねばならない技術の要請があった。これ
らを満足する材料として、結晶性薄膜が提案されている
が、従来技術では、膜厚が薄いと結晶性が悪く、また、
欠陥が多い。また、従来プロセスでは、結晶性薄膜を得
るのに、水素希釈で高密度プラズマを利用するため、イ
オン衝撃等による下地損傷が大きい、あるいは、400 ℃
というような比較的高温の基板温度が要求される等の問
題があり、非晶質太陽電池の特性向上につながる結晶性
薄膜が得られ難かった。
【０００３】一方、多結晶シリコン薄膜太陽電池は、単
結晶シリコンに比べて低移動度であることから、材料厚
みを薄くした薄膜での高性能化について、研究されてい
る。太陽電池の実用化を考慮すると、高速・低温度での
高品質結晶性薄膜を得る必要があり、これらの条件を十
分満足する薄膜成膜法は実用化されておらず、薄膜成膜
後に、固相溶融させて、結晶性を向上させ、品質向上さ
せる方法等が利用されている。現状では、結晶性薄膜を
得るに、基板温度は8000℃以上が用いられ、より高品質
の結晶薄膜を得るには、1000℃以上の高温が用いられて
いる。しかしながら、基板の利用度を拡げることやデバ
イス適用性の観点から、低温成長は高い要求がなされ、
高温プロセスに課題が多いのが現状である。
結晶シリコンに比べて低移動度であることから、材料厚
みを薄くした薄膜での高性能化について、研究されてい
る。太陽電池の実用化を考慮すると、高速・低温度での
高品質結晶性薄膜を得る必要があり、これらの条件を十
分満足する薄膜成膜法は実用化されておらず、薄膜成膜
後に、固相溶融させて、結晶性を向上させ、品質向上さ
せる方法等が利用されている。現状では、結晶性薄膜を
得るに、基板温度は8000℃以上が用いられ、より高品質
の結晶薄膜を得るには、1000℃以上の高温が用いられて
いる。しかしながら、基板の利用度を拡げることやデバ
イス適用性の観点から、低温成長は高い要求がなされ、
高温プロセスに課題が多いのが現状である。
【０００４】また、シリコン薄膜を利用したデバイス
に、薄膜トランジスタがある。薄膜トランジスタは、液
晶駆動用に利用され、液晶表示装置に利用されるデバイ
スである。現在、非晶質シリコン薄膜を用いた薄膜トラ
ンジスタが多く利用されているが、非晶質シリコンの移
動度が低いために、多結晶シリコン薄膜の利用も考えら
れている。薄膜トタンジスタ用の多結晶シリコン薄膜
は、ガラス基板上に形成する必要性から、800 ℃以下、
出来ることならば、600 ℃以下において成長させること
が要求されている。しかしながら、現在においては、品
質を維持しながら、低温度で結晶性薄膜を作製できる成
膜技術は得られていない。
に、薄膜トランジスタがある。薄膜トランジスタは、液
晶駆動用に利用され、液晶表示装置に利用されるデバイ
スである。現在、非晶質シリコン薄膜を用いた薄膜トラ
ンジスタが多く利用されているが、非晶質シリコンの移
動度が低いために、多結晶シリコン薄膜の利用も考えら
れている。薄膜トタンジスタ用の多結晶シリコン薄膜
は、ガラス基板上に形成する必要性から、800 ℃以下、
出来ることならば、600 ℃以下において成長させること
が要求されている。しかしながら、現在においては、品
質を維持しながら、低温度で結晶性薄膜を作製できる成
膜技術は得られていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高品質の結
晶性シリコン半導体薄膜を、低基板温度、高速堆積速度
にて、下地層等のプロセスダメージの少ない形成技術の
開発を目的とする。
晶性シリコン半導体薄膜を、低基板温度、高速堆積速度
にて、下地層等のプロセスダメージの少ない形成技術の
開発を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため、鋭意検討した結果、基板上に、シリコ
ン原子を含む化合物気体を含んだ混合気体のプラズマ分
解により半導体薄膜を形成するにおいて、該シリコン原
子を含む化合物気体を含んだ混合気体を予め加熱し、混
合気体を充分高温度化した後に、プラズマ分解すること
により、高品質の結晶性シリコン半導体薄膜を高速堆積
速度にて形成することが可能であることを見いだし、本
発明を完成した。
を解決するため、鋭意検討した結果、基板上に、シリコ
ン原子を含む化合物気体を含んだ混合気体のプラズマ分
解により半導体薄膜を形成するにおいて、該シリコン原
子を含む化合物気体を含んだ混合気体を予め加熱し、混
合気体を充分高温度化した後に、プラズマ分解すること
により、高品質の結晶性シリコン半導体薄膜を高速堆積
速度にて形成することが可能であることを見いだし、本
発明を完成した。
【０００７】すなわち、本発明は、基板上に、シリコン
原子を含む化合物気体を含んだ混合気体のプラズマ分解
により半導体薄膜を形成するに際し、該シリコン原子を
含む化合物気体を含んだ混合気体を予め加熱し、混合気
体を充分高温度化した後に、プラズマ分解することを特
徴とする結晶性半導体薄膜形成方法、であり、好ましく
は、加熱して高温度化した混合気体の温度が200 ℃以上
800 ℃未満である結晶性半導体薄膜形成方法であり、ま
た、シリコン原子を含む化合物気体が、一般式Sin H
2n+2( n=1〜4 の整数 )で示されるシランである結晶性
半導体薄膜形成方法であり、また、基板の温度が50℃以
上800 ℃未満である結晶性半導体薄膜形成方法であり、
また、シリコン原子を含む化合物気体を含んだ混合気体
に、ハロゲン原子を含む化合物気体をさらに含有する結
晶性半導体薄膜形成方法である。
原子を含む化合物気体を含んだ混合気体のプラズマ分解
により半導体薄膜を形成するに際し、該シリコン原子を
含む化合物気体を含んだ混合気体を予め加熱し、混合気
体を充分高温度化した後に、プラズマ分解することを特
徴とする結晶性半導体薄膜形成方法、であり、好ましく
は、加熱して高温度化した混合気体の温度が200 ℃以上
800 ℃未満である結晶性半導体薄膜形成方法であり、ま
た、シリコン原子を含む化合物気体が、一般式Sin H
2n+2( n=1〜4 の整数 )で示されるシランである結晶性
半導体薄膜形成方法であり、また、基板の温度が50℃以
上800 ℃未満である結晶性半導体薄膜形成方法であり、
また、シリコン原子を含む化合物気体を含んだ混合気体
に、ハロゲン原子を含む化合物気体をさらに含有する結
晶性半導体薄膜形成方法である。
【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。まず、添
付図面について説明するに、図１は本発明を実施するた
めの、半導体薄膜製造装置の例を示す模式図であり、こ
こで、１は基板仕込み／取り出し室、２は仕切り隔弁、
９は真空排気系、１０１は成膜室、１０２は高周波電
極、１０３は高周波電源、１０４は基板加熱板、１０５
は基板温度調整器、１０６は気体流量調整系、１０７は
圧力センサー、１０８は圧力調整器、１０９は真空排気
系、１１０は基板、１１１は気体温度センサー、２０１
は気体加熱室、２０７は圧力センサー、２０８は圧力調
整器、２０９は真空排気系、２１１は気体温度センサ
ー、２２４は気体加熱器、２２５は気体加熱調整器、２
２６は気体流量調整器をそれぞれ示す。
付図面について説明するに、図１は本発明を実施するた
めの、半導体薄膜製造装置の例を示す模式図であり、こ
こで、１は基板仕込み／取り出し室、２は仕切り隔弁、
９は真空排気系、１０１は成膜室、１０２は高周波電
極、１０３は高周波電源、１０４は基板加熱板、１０５
は基板温度調整器、１０６は気体流量調整系、１０７は
圧力センサー、１０８は圧力調整器、１０９は真空排気
系、１１０は基板、１１１は気体温度センサー、２０１
は気体加熱室、２０７は圧力センサー、２０８は圧力調
整器、２０９は真空排気系、２１１は気体温度センサ
ー、２２４は気体加熱器、２２５は気体加熱調整器、２
２６は気体流量調整器をそれぞれ示す。
【０００９】さて、本発明におけるシリコン原子を含む
化合物気体とは、一般式がSin H2n+ 2 (n=1〜4 、n;自然
数) で示される水素化シラン、Sim H2m+2-x C l x (m=1
〜4,x=0 〜2m+2 m; 自然数) 及びSim H2m+2-X F X (m=1
〜4,x=0 〜2m+2 m; 自然数)で示されるハロゲン（塩素
あるいはフッ素）含有シラン化合物であり、モノシラ
ン、ジシラン、トリシラン、テトラシラン、ジクロロシ
ラン、ジフルオロシラン等である。また、これらのガス
を混合させても本発明の妨げにはならない。また、これ
らの化合物の水素原子がメチル基やエチル基で置換され
たモノメチルシラン、ジメチルシラン等のメチルシラ
ン、モノエチルシラン等のエチルシラン等の有機珪素化
合物も含まれ、前記気体との混合利用は、特に、本発明
の効果からして、構わない。
化合物気体とは、一般式がSin H2n+ 2 (n=1〜4 、n;自然
数) で示される水素化シラン、Sim H2m+2-x C l x (m=1
〜4,x=0 〜2m+2 m; 自然数) 及びSim H2m+2-X F X (m=1
〜4,x=0 〜2m+2 m; 自然数)で示されるハロゲン（塩素
あるいはフッ素）含有シラン化合物であり、モノシラ
ン、ジシラン、トリシラン、テトラシラン、ジクロロシ
ラン、ジフルオロシラン等である。また、これらのガス
を混合させても本発明の妨げにはならない。また、これ
らの化合物の水素原子がメチル基やエチル基で置換され
たモノメチルシラン、ジメチルシラン等のメチルシラ
ン、モノエチルシラン等のエチルシラン等の有機珪素化
合物も含まれ、前記気体との混合利用は、特に、本発明
の効果からして、構わない。
【００１０】混合気体としては、上記のシラン化合物に
ハロゲン原子を含んだ化合物気体、具体的には、フッ
素、塩素原子等をさらに含有する化合物ガスであり、一
般に用いられるのは、フッ化水素ガス、フッ素ガス、塩
素ガス、三フッ化窒素、四フッ化炭素、ジフロルシラ
ン、四フッ化珪素、ジクロロシラン等である。また、こ
れらのガスの混合ガスもしくは、ヘリウム、アルゴン、
ネオン等の不活性ガス、窒素等の支持ガスを導入しても
良い。水素ガスも混合気体に用いることができ、更に、
ヘリウム、アルゴン、ネオン等の不活性ガス、窒素等の
支持ガスを水素ガスと同時に導入しても良い。
ハロゲン原子を含んだ化合物気体、具体的には、フッ
素、塩素原子等をさらに含有する化合物ガスであり、一
般に用いられるのは、フッ化水素ガス、フッ素ガス、塩
素ガス、三フッ化窒素、四フッ化炭素、ジフロルシラ
ン、四フッ化珪素、ジクロロシラン等である。また、こ
れらのガスの混合ガスもしくは、ヘリウム、アルゴン、
ネオン等の不活性ガス、窒素等の支持ガスを導入しても
良い。水素ガスも混合気体に用いることができ、更に、
ヘリウム、アルゴン、ネオン等の不活性ガス、窒素等の
支持ガスを水素ガスと同時に導入しても良い。
【００１１】希釈添加率としては、添加ガスに対するシ
ラン化合物の割合で表現した場合、0.1 〜 100％（容積
比率）の範囲であり、成膜速度や膜特性を考慮して適宜
選択されるものである。
ラン化合物の割合で表現した場合、0.1 〜 100％（容積
比率）の範囲であり、成膜速度や膜特性を考慮して適宜
選択されるものである。
【００１２】また、上記に示されたガス以外に、炭化水
素化合物、有機珪素化合物のガスを混合させても本発明
の妨げとはならない。この炭化水素化合物、有機珪素化
合物のガスとは、メタン、エタン等の飽和炭化水素化合
物、エチレン、アセチレンなどの不飽和炭化水素化合
物、メチルシラン、ジメチルシラン、ジシリルメタン、
ジメチルジシランなどの有機シラン化合物などである。
これらのガスを、成膜原料と反応性ガス、不活性ガス、
支持ガスとの混合ガスとして導入しても、本発明の妨げ
とはならない。
素化合物、有機珪素化合物のガスを混合させても本発明
の妨げとはならない。この炭化水素化合物、有機珪素化
合物のガスとは、メタン、エタン等の飽和炭化水素化合
物、エチレン、アセチレンなどの不飽和炭化水素化合
物、メチルシラン、ジメチルシラン、ジシリルメタン、
ジメチルジシランなどの有機シラン化合物などである。
これらのガスを、成膜原料と反応性ガス、不活性ガス、
支持ガスとの混合ガスとして導入しても、本発明の妨げ
とはならない。
【００１３】所望の結晶性薄膜により、ｐ型あるいはｎ
型半導体にするために、ドーピング気体を、添加するこ
とも構わない。ドーピング気体としては、ｐ型半導体を
得るには、III 族元素を含んだ気体、ジボランなどのホ
ウ素水素化物、三フッ化ホウ素等のハロゲン化ホウ素化
合物、トリメチルホウ素等の有機ホウ素化合物が用いら
れる。ｎ型半導体を得るには、Ｖ族元素を含んだ気体、
ホスフィンなどのリン化合物、アルシンなどのヒ素水素
化合物、トリメチルリン、トリメチルヒ素等の有機リン
化合物、有機ヒ素化合物などのガスが用いられる。これ
らの気体が、シリコン原子を含む化合物気体とは、別に
添加し、導電性を変えた結晶性薄膜を得るに、用いるこ
とができる。また、これらの気体を、反応性気体、不活
性気体、支持気体、炭化水素化合物、有機珪素化合物と
の混合ガスとして導入しても、本発明の妨げとはならな
い。
型半導体にするために、ドーピング気体を、添加するこ
とも構わない。ドーピング気体としては、ｐ型半導体を
得るには、III 族元素を含んだ気体、ジボランなどのホ
ウ素水素化物、三フッ化ホウ素等のハロゲン化ホウ素化
合物、トリメチルホウ素等の有機ホウ素化合物が用いら
れる。ｎ型半導体を得るには、Ｖ族元素を含んだ気体、
ホスフィンなどのリン化合物、アルシンなどのヒ素水素
化合物、トリメチルリン、トリメチルヒ素等の有機リン
化合物、有機ヒ素化合物などのガスが用いられる。これ
らの気体が、シリコン原子を含む化合物気体とは、別に
添加し、導電性を変えた結晶性薄膜を得るに、用いるこ
とができる。また、これらの気体を、反応性気体、不活
性気体、支持気体、炭化水素化合物、有機珪素化合物と
の混合ガスとして導入しても、本発明の妨げとはならな
い。
【００１４】シリコン原子を含む化合物気体の流量は1
〜1000 cc/min であり、成膜圧力は、プラズマが発生す
る圧力範囲であり、 1 mtorr〜 760 torr である。一般
には13.56 MHzの高周波放電や直流電圧を用いた直流放
電を用いるために、簡便さから、10 mtorr〜 5 torr を
用いるのが好ましく、実用的である。プラズマ投入電力
としては、 1 mW/cm2 〜 10 W/cm2 であり、より好まし
くは、0.01〜 1.00 W/cm2 である。また、成膜速度に応
じ、投入電力、流量、圧力は任意に選択することができ
る。これらの条件は本発明を実施する上において何ら妨
げるものではない。
〜1000 cc/min であり、成膜圧力は、プラズマが発生す
る圧力範囲であり、 1 mtorr〜 760 torr である。一般
には13.56 MHzの高周波放電や直流電圧を用いた直流放
電を用いるために、簡便さから、10 mtorr〜 5 torr を
用いるのが好ましく、実用的である。プラズマ投入電力
としては、 1 mW/cm2 〜 10 W/cm2 であり、より好まし
くは、0.01〜 1.00 W/cm2 である。また、成膜速度に応
じ、投入電力、流量、圧力は任意に選択することができ
る。これらの条件は本発明を実施する上において何ら妨
げるものではない。
【００１５】シリコン原子を含む化合物気体を分解させ
るに用いられるプラズマを発生させる手段は、前述した
が、交流電圧あるいは直流電圧印加によるものや、マイ
クロ波（2.45 GHz）の電界を真空槽に導入する方法を用
いる。取り扱い上及び電源の入手し易さから、13.56 MH
z のラジオ波、50MHz 以上のＶＨＦの高周波が用いるの
が好ましい。また、1 kHz 〜 10MHz、商用の50、60Hzの
交流波も用いることができる。
るに用いられるプラズマを発生させる手段は、前述した
が、交流電圧あるいは直流電圧印加によるものや、マイ
クロ波（2.45 GHz）の電界を真空槽に導入する方法を用
いる。取り扱い上及び電源の入手し易さから、13.56 MH
z のラジオ波、50MHz 以上のＶＨＦの高周波が用いるの
が好ましい。また、1 kHz 〜 10MHz、商用の50、60Hzの
交流波も用いることができる。
【００１６】成膜される半導体薄膜の特定の厚みは、臨
界的な制限はなく、例えば1nm 〜50μ程度である。ま
た、本発明の実施上、何ら制限を受けなるものではな
い。本発明により作製された結晶性薄膜の適用する材料
やデバイスにより、選択されるもので有り、非晶質太陽
電池のｐ層やｎ層などのドープ層の場合には、5nm 〜 5
0nmが用いられ、薄膜トランジスタの場合、100nm で十
分である。
界的な制限はなく、例えば1nm 〜50μ程度である。ま
た、本発明の実施上、何ら制限を受けなるものではな
い。本発明により作製された結晶性薄膜の適用する材料
やデバイスにより、選択されるもので有り、非晶質太陽
電池のｐ層やｎ層などのドープ層の場合には、5nm 〜 5
0nmが用いられ、薄膜トランジスタの場合、100nm で十
分である。
【００１７】本発明におけるシリコン原子を含む化合物
気体を含んだ混合気体を予め加熱し、高温度化する気体
加熱について説明する。気体加熱機構は、図１に示され
ているとおり、気体流量調節計から、シリコン原子を含
む化合物気体を含んだ混合気体を、気体加熱装置の中に
導入し、気体加熱ゾーンにおいて、所望の温度まで充分
高温度に加熱する。気体の温度は、加熱制御計で、所望
の温度まで加熱された加熱器を通すことにより、昇温す
る。かくて加熱された気体の温度は、気体出口にある温
度測定器により測定され、本発明における気体の温度
は、200 ℃以上800 ℃未満である。好ましくは、250 ℃
以上700 ℃未満であり、より好ましくは、300 ℃以上65
0 ℃未満であり、更に好ましく350 ℃以上600 ℃未満で
ある。気体の温度は、本発明を実施する上において、重
要な条件であり、200 ℃未満で低温過ぎては、プラズマ
や基板温度による加熱の影響を受けて、発明の効果は極
めて弱くなり、また、800 ℃以上の大幅に高い温度で
は、シリコン原子を含む化合物気体を含んだ混合気体が
熱による分解を生じさせるために、発明の効果を著し
く、減少させてしまう。従って、気体の温度は、本発明
を実施するに、重要な条件であることが分かる。
気体を含んだ混合気体を予め加熱し、高温度化する気体
加熱について説明する。気体加熱機構は、図１に示され
ているとおり、気体流量調節計から、シリコン原子を含
む化合物気体を含んだ混合気体を、気体加熱装置の中に
導入し、気体加熱ゾーンにおいて、所望の温度まで充分
高温度に加熱する。気体の温度は、加熱制御計で、所望
の温度まで加熱された加熱器を通すことにより、昇温す
る。かくて加熱された気体の温度は、気体出口にある温
度測定器により測定され、本発明における気体の温度
は、200 ℃以上800 ℃未満である。好ましくは、250 ℃
以上700 ℃未満であり、より好ましくは、300 ℃以上65
0 ℃未満であり、更に好ましく350 ℃以上600 ℃未満で
ある。気体の温度は、本発明を実施する上において、重
要な条件であり、200 ℃未満で低温過ぎては、プラズマ
や基板温度による加熱の影響を受けて、発明の効果は極
めて弱くなり、また、800 ℃以上の大幅に高い温度で
は、シリコン原子を含む化合物気体を含んだ混合気体が
熱による分解を生じさせるために、発明の効果を著し
く、減少させてしまう。従って、気体の温度は、本発明
を実施するに、重要な条件であることが分かる。
【００１８】つぎに本発明における基板温度について、
説明する。本発明における基板温度とは、結晶性薄膜を
形成する基板の温度であり、50℃以上800 ℃未満であ
る。800 ℃を越えた基板温度、具体的には、900 ℃以上
のような極めて高い温度では、従来から結晶性薄膜が形
成される温度であり、周知の事実にすぎない。本発明を
より効果的に実施されるには、50℃以上800 ℃未満であ
り、好ましくは、100 ℃以上700 ℃未満、より好ましく
は、150 ℃以上600 ℃、更に好ましくは、150 ℃以上50
0 ℃未満であり、これらの基板温度において、本発明の
効果はより顕著になる。なお、本発明を実施するにおい
て、基板温度の範囲は、妨害するものではなく、適宜選
択されることは明らかである。
説明する。本発明における基板温度とは、結晶性薄膜を
形成する基板の温度であり、50℃以上800 ℃未満であ
る。800 ℃を越えた基板温度、具体的には、900 ℃以上
のような極めて高い温度では、従来から結晶性薄膜が形
成される温度であり、周知の事実にすぎない。本発明を
より効果的に実施されるには、50℃以上800 ℃未満であ
り、好ましくは、100 ℃以上700 ℃未満、より好ましく
は、150 ℃以上600 ℃、更に好ましくは、150 ℃以上50
0 ℃未満であり、これらの基板温度において、本発明の
効果はより顕著になる。なお、本発明を実施するにおい
て、基板温度の範囲は、妨害するものではなく、適宜選
択されることは明らかである。
【００１９】ここで用いる基板は、耐熱性を考慮された
ものであれば、とくに、限定される条件はない。透光性
基板としては青板ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラ
ス等従来用いられているガラス基板材料が有用である
が、さらに、金属や上記ガラスに金属を形成したものも
基板材料として用いることができる。また、太陽電池用
基板として、透明電極を上記ガラス基板や金属基板に形
成した基板も用いることができ、透明電極としては、酸
化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛等の金属酸化物や透
光性の金属等を有効に用いることができる。更に結晶性
シリコン基板も用いることが出来る。ボロンやリンをド
ーピングして、ｐ型およびｎ型の結晶性シリコン半導体
薄膜は、結晶性シリコン太陽電池、非晶質太陽電池のド
ープ層あるいは薄膜トランジスタに適用できることは、
あきらかであり、本発明の目的は、前記デバイスへの適
用であることは、特に記述するに値しない。以下、実施
例により本発明の実施の態様の一例を説明する。
ものであれば、とくに、限定される条件はない。透光性
基板としては青板ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラ
ス等従来用いられているガラス基板材料が有用である
が、さらに、金属や上記ガラスに金属を形成したものも
基板材料として用いることができる。また、太陽電池用
基板として、透明電極を上記ガラス基板や金属基板に形
成した基板も用いることができ、透明電極としては、酸
化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛等の金属酸化物や透
光性の金属等を有効に用いることができる。更に結晶性
シリコン基板も用いることが出来る。ボロンやリンをド
ーピングして、ｐ型およびｎ型の結晶性シリコン半導体
薄膜は、結晶性シリコン太陽電池、非晶質太陽電池のド
ープ層あるいは薄膜トランジスタに適用できることは、
あきらかであり、本発明の目的は、前記デバイスへの適
用であることは、特に記述するに値しない。以下、実施
例により本発明の実施の態様の一例を説明する。
【００２０】
【実施例】実施例１ 本発明を実施するための具体的な装置を図１に示した。
基板仕込み／取り出し室（１）に基板（１１０）を設置
し、真空排気ポンプ（９）で、高真空排気を30分間行っ
た後、真空隔弁（２）を通して、成膜室（１０１）に移
送する。移送後、10分間の高真空排気を行った。予め、
気体加熱器（２２４）を600 ℃に加熱設定し、気体の温
度を600 ℃にし、モノシランガスをガス流量調整器（２
２６）を通して、 5 cc/min 流すと同時に、50 mtorrに
なるように、自動圧力調整弁（１０８）を作動させて、
10分間流した。その後、高周波電源（１０３）からの高
周波電圧を高周波電極（１０２）に印加スタートさせ
て、プラズマを発生させた。プラズマ発生用電極は平行
平板状のものにし、プラズマを発生させるための電源
は、13.56 MHz の高周波電源を用いて行った。基板加熱
は、基板加熱板（１０４）を用い、基板温度調整器（１
０５）により行い、基板温度 200℃、反応圧力 50 mtor
r において、高周波電力 50 mW/cm2を印加し、プラズマ
を発生させた。ここで基板は、石英ガラス基板を用い
た。作製した膜厚みを堆積に掛かった時間で除すること
により、成膜速度を求めた結果、成膜速度は、83Å/ 秒
であった。ラマン散乱スペクトルにより、これらの試料
の結晶化の有無の評価を行ったところ、本試料は、シリ
コン結晶に起因する520cm-1のラマン散乱スペクトルが
観測され、結晶性の半導体薄膜が得られることが確認さ
れた。また、Ｘ線回折から求めた結晶粒径は約1000Åで
あった。本試料の比抵抗は、2 ×10-1Ω・ cmとなり、結
晶化に伴う比抵抗の低下がみられた。van der Paw 法に
より測定したホール移動度は24cm2/V/sec であった。
基板仕込み／取り出し室（１）に基板（１１０）を設置
し、真空排気ポンプ（９）で、高真空排気を30分間行っ
た後、真空隔弁（２）を通して、成膜室（１０１）に移
送する。移送後、10分間の高真空排気を行った。予め、
気体加熱器（２２４）を600 ℃に加熱設定し、気体の温
度を600 ℃にし、モノシランガスをガス流量調整器（２
２６）を通して、 5 cc/min 流すと同時に、50 mtorrに
なるように、自動圧力調整弁（１０８）を作動させて、
10分間流した。その後、高周波電源（１０３）からの高
周波電圧を高周波電極（１０２）に印加スタートさせ
て、プラズマを発生させた。プラズマ発生用電極は平行
平板状のものにし、プラズマを発生させるための電源
は、13.56 MHz の高周波電源を用いて行った。基板加熱
は、基板加熱板（１０４）を用い、基板温度調整器（１
０５）により行い、基板温度 200℃、反応圧力 50 mtor
r において、高周波電力 50 mW/cm2を印加し、プラズマ
を発生させた。ここで基板は、石英ガラス基板を用い
た。作製した膜厚みを堆積に掛かった時間で除すること
により、成膜速度を求めた結果、成膜速度は、83Å/ 秒
であった。ラマン散乱スペクトルにより、これらの試料
の結晶化の有無の評価を行ったところ、本試料は、シリ
コン結晶に起因する520cm-1のラマン散乱スペクトルが
観測され、結晶性の半導体薄膜が得られることが確認さ
れた。また、Ｘ線回折から求めた結晶粒径は約1000Åで
あった。本試料の比抵抗は、2 ×10-1Ω・ cmとなり、結
晶化に伴う比抵抗の低下がみられた。van der Paw 法に
より測定したホール移動度は24cm2/V/sec であった。
【００２１】実施例２ 実施例１において、気体の温度を500 ℃にした以外は、
同様の条件にて、半導体薄膜を作製した。ラマン散乱ス
ペクトルを測定したところ、結晶シリコンに起因する 5
20cm -1のラマン散乱スペクトルが観測された。結晶粒
径は約 800Åであった。比抵抗は6 ×10-2Ω・ cm、ホー
ル移動度は10cm2/V/sec であった。
同様の条件にて、半導体薄膜を作製した。ラマン散乱ス
ペクトルを測定したところ、結晶シリコンに起因する 5
20cm -1のラマン散乱スペクトルが観測された。結晶粒
径は約 800Åであった。比抵抗は6 ×10-2Ω・ cm、ホー
ル移動度は10cm2/V/sec であった。
【００２２】実施例３ 実施例１において、気体の温度を200 ℃にした以外は、
同様の条件にて、半導体薄膜を作製した。
同様の条件にて、半導体薄膜を作製した。
【００２３】実施例４ 実施例１において、気体の温度を700 ℃にした以外は、
同様の条件にて、半導体薄膜を作製した。
同様の条件にて、半導体薄膜を作製した。
【００２４】実施例５ 実施例１において、基板温度を300 ℃に、気体の温度を
600 ℃にした以外は、同様の条件にて半導体薄膜を作製
した。
600 ℃にした以外は、同様の条件にて半導体薄膜を作製
した。
【００２５】実施例６ 実施例５において、基板温度を400 ℃にした以外は、同
様の条件にて半導体薄膜を作製した。
様の条件にて半導体薄膜を作製した。
【００２６】実施例７ 実施例５において、基板温度を500 ℃にした以外は、同
様の条件にて半導体薄膜を作製した。
様の条件にて半導体薄膜を作製した。
【００２７】実施例８ シリコン原子を含む化合物気体に、ジシラン（Si2H6 ）
を用いて、実施例１に示した通り、半導体薄膜を作製し
た。気体の温度を400 ℃にし、10 cc/min 流し、圧力
を、100mtorrにした。基板温度は 300℃、高周波電力10
0 mW/cm2を印加し、プラズマを発生させた。用いた基板
は、石英ガラス基板である。
を用いて、実施例１に示した通り、半導体薄膜を作製し
た。気体の温度を400 ℃にし、10 cc/min 流し、圧力
を、100mtorrにした。基板温度は 300℃、高周波電力10
0 mW/cm2を印加し、プラズマを発生させた。用いた基板
は、石英ガラス基板である。
【００２８】実施例９ 実施例８において、基板温度を 500℃にした以外は、同
様の条件にて半導体薄膜を作製した。
様の条件にて半導体薄膜を作製した。
【００２９】実施例１０ シリコン原子を含む化合物気体に、フッ素原子を含んだ
ジフルオロシラン（SiH2F2）を用いて、実施例１に示し
た通り、半導体薄膜を作製した。気体の温度を600 ℃に
し、20 cc/min 流し、圧力を、200mtorrにした。基板温
度は 350℃、高周波電力150 mW/cm2を印加し、プラズマ
を発生させた。用いた基板は、石英ガラス基板である。
ジフルオロシラン（SiH2F2）を用いて、実施例１に示し
た通り、半導体薄膜を作製した。気体の温度を600 ℃に
し、20 cc/min 流し、圧力を、200mtorrにした。基板温
度は 350℃、高周波電力150 mW/cm2を印加し、プラズマ
を発生させた。用いた基板は、石英ガラス基板である。
【００３０】実施例１１ 実施例１に示した成膜層を用いて、モノシラン10cc/mi
n、気体の温度600 ℃にて、気体加熱器を通して、成膜
室に導入するとともに、フッ素ガス（ヘリウム希釈にて
20％濃度）20cc/minをガス流量調整器（１２５）を通し
て、成膜室に導入した。高周波電力200 mW/cm2、反応圧
力は200mtorrにて、プラズマを発生させた。石英ガラス
基板を用い、基板温度200 ℃にて、半導体薄膜を作製し
た。
n、気体の温度600 ℃にて、気体加熱器を通して、成膜
室に導入するとともに、フッ素ガス（ヘリウム希釈にて
20％濃度）20cc/minをガス流量調整器（１２５）を通し
て、成膜室に導入した。高周波電力200 mW/cm2、反応圧
力は200mtorrにて、プラズマを発生させた。石英ガラス
基板を用い、基板温度200 ℃にて、半導体薄膜を作製し
た。
【００３１】実施例１２ 実施例１に示した成膜層を用いて、モノシラン10cc/mi
n、気体の温度600 ℃にて、気体加熱器を通して、成膜
室に導入するとともに、ホスフィン（PH3 ）（水素希釈
にて 1％濃度） 5cc/minをガス流量調整器を通して、成
膜室に導入した。高周波電力 100mW/cm2、反応圧力は10
0mtorrにて、プラズマを発生させた。石英ガラス基板を
用い、基板温度200 ℃にて、半導体薄膜を作製した。
n、気体の温度600 ℃にて、気体加熱器を通して、成膜
室に導入するとともに、ホスフィン（PH3 ）（水素希釈
にて 1％濃度） 5cc/minをガス流量調整器を通して、成
膜室に導入した。高周波電力 100mW/cm2、反応圧力は10
0mtorrにて、プラズマを発生させた。石英ガラス基板を
用い、基板温度200 ℃にて、半導体薄膜を作製した。
【００３２】実施例１３ 実施例１１において、ホスフィンガスの替わりに、ジボ
ンラン（B2H6）（水素希釈にて 2000 ppm 濃度） 3cc/m
inをガス流量調整器を通して成膜室に導入した。高周波
電力 100mW/cm2、反応圧力は100mtorrにて、プラズマを
発生させた。石英ガラス基板を用い、基板温度200 ℃に
て、半導体薄膜を作製した。
ンラン（B2H6）（水素希釈にて 2000 ppm 濃度） 3cc/m
inをガス流量調整器を通して成膜室に導入した。高周波
電力 100mW/cm2、反応圧力は100mtorrにて、プラズマを
発生させた。石英ガラス基板を用い、基板温度200 ℃に
て、半導体薄膜を作製した。
【００３３】比較例１ 実施例１において、気体を特に加熱せずに（室温、25
℃）薄膜を形成した。
℃）薄膜を形成した。
【００３４】比較例２ 実施例１において、気体の温度を充分高温とはいえない
100 ℃になるように加熱を行い、薄膜を形成した。
100 ℃になるように加熱を行い、薄膜を形成した。
【００３５】比較例３ 実施例１において、高周波によるプラズマを発生させず
に、半導体薄膜の形成状態をみた。
に、半導体薄膜の形成状態をみた。
【００３６】比較例４ 実施例１において、気体の温度を900 ℃になるように加
熱を行い、薄膜を形成した。結晶性薄膜を得ることがで
きたが、成膜速度を著しく低下させた。
熱を行い、薄膜を形成した。結晶性薄膜を得ることがで
きたが、成膜速度を著しく低下させた。
【００３７】比較例５ 実施例１において、気体を特に加熱せず、基板温度を80
0 ℃にして、薄膜を形成した。以上、実施例の結果を表
１に、比較例の結果を表２に纏めて示した。
0 ℃にして、薄膜を形成した。以上、実施例の結果を表
１に、比較例の結果を表２に纏めて示した。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】
【発明の効果】以上の実施例ならびに比較例から明らか
なように、本方法を用いて作製した結晶性半導体薄膜
は、極めて良好な結晶性、電気特性を有し、低温でかつ
高速に作製できることが分かる。即ち、従来技術に比
べ、高品質の結晶性半導体薄膜を低温高速で形成でき、
本発明の結晶性半導体薄膜形成技術が有効であることが
分かった。すなわち、本発明により開発された結晶性半
導体薄膜は、太陽電池た薄膜トランジスタに適用可能で
あり、これらデバイスを高性能化するものである。
なように、本方法を用いて作製した結晶性半導体薄膜
は、極めて良好な結晶性、電気特性を有し、低温でかつ
高速に作製できることが分かる。即ち、従来技術に比
べ、高品質の結晶性半導体薄膜を低温高速で形成でき、
本発明の結晶性半導体薄膜形成技術が有効であることが
分かった。すなわち、本発明により開発された結晶性半
導体薄膜は、太陽電池た薄膜トランジスタに適用可能で
あり、これらデバイスを高性能化するものである。
【図１】本発明を実施するための半導体薄膜製造装置の
例を示す模式図
例を示す模式図
１ 基板仕込み／取り出し室 ２ 仕切り隔弁（真空隔弁） ９ 真空ポンプ等真空排気系 １０１ 成膜室 １０２ 高周波電極 １０３ 高周波電源 １０４ 基板加熱板 １０５ 基板温度調整器 １０６ 気体流量調整系 １０７ 圧力センサー １０８ 自動圧力調整器（自動圧力調整弁） １０９ 真空排気系 １１０ 基板 １１１ 気体温度センサー ２０１ 気体加熱室 ２０７ 圧力センサー ２０８ 圧力調整器 ２０９ 真空排気系 ２１１ 気体温度センサー ２２４ 気体加熱器 ２２５ 気体加熱調整器 ２２６ 気体流量調整器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 31/04 (72)発明者 貞本 満 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三井 東圧化学株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 基板上に、シリコン原子を含む化合物気
体を含んだ混合気体のプラズマ分解により半導体薄膜を
形成するに際し、該シリコン原子を含む化合物気体を含
んだ混合気体を予め加熱し、混合気体を充分高温度化し
た後に、プラズマ分解することを特徴とする結晶性半導
体薄膜形成方法。 - 【請求項２】 加熱して高温度化した混合気体の温度が
200 ℃以上800 ℃未満である請求項１記載の結晶性半導
体薄膜形成方法。 - 【請求項３】 シリコン原子を含む化合物気体が、一般
式Sin H2n+2( n=1〜4 の整数 )で示されるシランである
請求項１記載の結晶性半導体薄膜形成方法。 - 【請求項４】 基板の温度が50℃以上800 ℃未満である
請求項１記載の結晶性半導体薄膜形成方法。 - 【請求項５】 シリコン原子を含む化合物気体を含んだ
混合気体に、ハロゲン原子を含む化合物気体をさらに含
有する請求項１記載の結晶性半導体薄膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6142738A JPH0817738A (ja) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | 結晶性半導体薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6142738A JPH0817738A (ja) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | 結晶性半導体薄膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0817738A true JPH0817738A (ja) | 1996-01-19 |
Family
ID=15322437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6142738A Pending JPH0817738A (ja) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | 結晶性半導体薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0817738A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004502299A (ja) * | 2000-06-27 | 2004-01-22 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 単一ウエハチャンバにおける多結晶シリコンの結晶構造制御 |
| KR100458140B1 (ko) * | 2001-06-18 | 2004-11-20 | 주성엔지니어링(주) | 반도체 소자의 박막증착장치 및 그 방법 |
| KR100483719B1 (ko) * | 2002-05-24 | 2005-04-15 | 주성엔지니어링(주) | ＴａＮ 박막형성방법 |
| JP2005243951A (ja) * | 2004-02-26 | 2005-09-08 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体膜の成膜方法 |
| KR100962361B1 (ko) * | 2008-03-07 | 2010-06-10 | 주식회사 디엠에스 | 박막형 태양전지 제조용 증착 장치 |
| WO2011040394A1 (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-07 | 東京エレクトロン株式会社 | 結晶性珪素膜の成膜方法およびプラズマｃｖｄ装置 |
-
1994
- 1994-06-24 JP JP6142738A patent/JPH0817738A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004502299A (ja) * | 2000-06-27 | 2004-01-22 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 単一ウエハチャンバにおける多結晶シリコンの結晶構造制御 |
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| WO2011040394A1 (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-07 | 東京エレクトロン株式会社 | 結晶性珪素膜の成膜方法およびプラズマｃｖｄ装置 |
| JP2011077322A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Tokyo Electron Ltd | 結晶性珪素膜の成膜方法およびプラズマｃｖｄ装置 |
| CN102549717A (zh) * | 2009-09-30 | 2012-07-04 | 东京毅力科创株式会社 | 结晶性硅膜的成膜方法和等离子体cvd装置 |
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