(57)【要約】【課題】結晶粒間に鬆がない緻密な結晶性半導体膜を用いて光電変換素子を作製する技術を提供する。【解決手段】基板上に、第１の電極と、ユニットセルと、第２の電極とを形成する光電変換装置の作製方法であって、ユニットセルを構成する、光電変換を奏する半導体膜を、プラズマＣＶＤ装置のチャンバー内における反応ガスの圧力を４５０Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下とし、当該プラズマＣＶＤ装置の第１の電極と第２の電極の間隔を１ｍｍ以上２０ｍｍ以下として、第１の電極に６０ＭＨｚ以下の高周波電力を供給することにより、第１の電極および第２の電極の間にプラズマ領域を形成し、プラズマ領域を含む気相中において、結晶性を有する半導体でなる堆積前駆体を形成し、堆積前駆体を堆積させることにより、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下の結晶核を形成し、結晶核から結晶成長させることにより形成する。【選択図】図１
2011071499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、
第１の電極と、ユニットセルと、第２の電極とを形成する光電変換装置の作製方法であって、
前記ユニットセルを構成する、第１の導電型を示す半導体膜、光電変換を奏する半導体膜、または、第２の導電型を示す半導体膜、のいずれかを、
プラズマＣＶＤ装置の反応室内における反応ガスの圧力を４５０Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下とし、当該プラズマＣＶＤ装置の上部電極と下部電極の間隔を１ｍｍ以上２０ｍｍ以下として、前記上部電極に６０ＭＨｚ以下の高周波電力を供給することにより、前記上部電極および前記下部電極の間にプラズマ領域を形成し、
前記プラズマ領域を含む気相中において、結晶性を有する堆積前駆体を形成し、
前記堆積前駆体を前記基板上に堆積させることにより、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下の結晶核を形成し、
前記結晶核から結晶成長させることにより形成する、光電変換装置の作製方法。
【請求項２】
基板上に、
第１の電極と、複数のユニットセルと、第２の電極とを形成する光電変換装置の作製方法であって、
前記複数のユニットセルの一を構成する、第１の導電型を示す半導体膜、光電変換を奏する半導体膜、または、第２の導電型を示す半導体膜、のいずれかを、
プラズマＣＶＤ装置の反応室内における反応ガスの圧力を４５０Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下とし、当該プラズマＣＶＤ装置の上部電極と下部電極の間隔を１ｍｍ以上２０ｍｍ以下として、前記上部電極に６０ＭＨｚ以下の高周波電力を供給することにより、前記上部電極および前記下部電極の間にプラズマ領域を形成し、
前記プラズマ領域を含む気相中において、結晶性を有する堆積前駆体を形成し、
前記堆積前駆体を前記基板上に堆積させることにより、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下の結晶核を形成し、
前記結晶核から結晶成長させることにより形成する、光電変換装置の作製方法。
【請求項３】
基板上に、
第１の電極と、ユニットセルと、第２の電極とを形成する光電変換装置の作製方法であって、
下部電極と対向し、該下部電極と対向する面に複数の凸部が設けられ高周波電力が供給される上部電極のガス供給口からプラズマＣＶＤ装置の反応室に反応ガスを導入し、
前記反応室の圧力を４５０Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下とし、
前記上部電極と前記下部電極の間隔を１ｍｍ以上２０ｍｍ以下とし、
前記上部電極に６０ＭＨｚ以下の高周波電力を供給することにより、前記上部電極および前記下部電極の間にプラズマ領域を形成し、
前記プラズマ領域を含む気相中において、結晶性を有する堆積前駆体を形成し、
前記堆積前駆体を前記基板上に堆積させることにより、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下の結晶核を形成し、
前記結晶核から結晶成長させることにより、前記ユニットセルを構成する、第１の導電型を示す半導体膜、光電変換を奏する半導体膜、または、第２の導電型を示す半導体膜、のいずれかを形成することを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項４】
基板上に、
第１の電極と、複数のユニットセルと、第２の電極とを形成する光電変換装置の作製方法であって、
下部電極と対向し、該下部電極と対向する面に複数の凸部が設けられ高周波電力が供給される上部電極のガス供給口からプラズマＣＶＤ装置の反応室に反応ガスを導入し、
前記反応室の圧力を４５０Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下とし、
前記上部電極と前記下部電極の間隔を１ｍｍ以上２０ｍｍ以下とし、
前記上部電極に６０ＭＨｚ以下の高周波電力を供給することにより、前記上部電極および前記下部電極の間にプラズマ領域を形成し、
前記プラズマ領域を含む気相中において、結晶性を有する堆積前駆体を形成し、
前記堆積前駆体を前記基板上に堆積させることにより、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下の結晶核を形成し、
前記結晶核から結晶成長させることにより、前記複数のユニットセルの一を構成する、第１の導電型を示す半導体膜、光電変換を奏する半導体膜、または、第２の導電型を示す半導体膜、のいずれかを形成することを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記ガス供給口は、前記複数の凸部の間に設けられることを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項６】
請求項３または請求項４において、前記ガス供給口は、前記複数の凸部の頂部に設けられることを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項７】
基板上に、第１の電極と、ユニットセルと、第２の電極とを形成する光電変換装置の作製方法であって、
前記ユニットセルを構成する、第１の導電型を示す半導体膜、光電変換を奏する半導体膜、または、第２の導電型を示す半導体膜、の少なくともいずれか一を、反応室内に上部電極と下部電極が備えられたプラズマＣＶＤ装置を用いて、
前記反応室内に反応ガスを導入し、
前記反応室内の圧力を４５０Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下に調整し、
前記上部電極に６０ＭＨｚ以下の高周波電力を供給することにより前記上部電極と前記下部電極の間にプラズマ領域を形成し、
前記プラズマ領域を含む気相中で、結晶性を有する堆積前駆体を形成し、
前記堆積前駆体を堆積させることにより、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下の結晶核を形成し、
前記結晶核から結晶成長させ、
前記上部電極は、前記高周波電力が供給されて前記反応室内に電子密度の高いグロー放電プラズマを形成する複数の凸部と、前記複数の凸部の頂部に設けられた第１のガス供給口と、該複数の凸部の間に設けられた第２のガス供給口と、を有し、
前記複数の凸部はテーパ形状を有し、且つ面取りされており、
前記上部電極と前記下部電極の間隔は１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項８】
基板上に、第１の電極と、複数のユニットセルと、第２の電極とを形成する光電変換装置の作製方法であって、
前記複数のユニットセルの一を構成する、第１の導電型を示す半導体膜、光電変換を奏する半導体膜、または、第２の導電型を示す半導体膜、の少なくともいずれか一を、反応室内に上部電極と下部電極が備えられたプラズマＣＶＤ装置を用いて、
前記反応室内に反応ガスを導入し、
前記反応室内の圧力を４５０Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下に調整し、
前記上部電極に６０ＭＨｚ以下の高周波電力を供給することにより前記上部電極と前記下部電極の間にプラズマ領域を形成し、
前記プラズマ領域を含む気相中で、結晶性を有する堆積前駆体を形成し、
前記堆積前駆体を堆積させることにより、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下の結晶核を形成し、
前記結晶核から結晶成長させ、
前記上部電極は、前記高周波電力が供給されて前記反応室内に電子密度の高いグロー放電プラズマを形成する複数の凸部と、前記複数の凸部の頂部に設けられた第１のガス供給口と、該複数の凸部の間に設けられた第２のガス供給口と、を有し、
前記複数の凸部はテーパ形状を有し、且つ面取りされており、
前記上部電極と前記下部電極の間隔は１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
前記反応ガスに希ガスを加えることにより、前記電子密度の高いグロー放電プラズマにおける電子温度を下げると共に、前記電子密度の高いグロー放電プラズマにおける電子密度を高める、光電変換装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、気相成長法を用いた結晶性半導体膜を有する光電変換装置の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタの技術分野において、半導体膜の作製に用いられるプラズマＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が用いられ、より良い製品を製造するために様々な改良が試みられている。
【０００３】
例えば、反応室内にプラズマを生成するための電極に筒状の凹部を設け、該凹部の径より幅の狭い溝により凹部が相互に連結されたプラズマＣＶＤ装置の電極構造が開示されている（特許文献１を参照）。
【０００４】
また、ガスを処理チャンバー内に分散させ、膜厚や膜特性を均一とするために、中心部から縁部に向かって、径、深さ及び表面積が徐々に増加するガス流路を有するガスディフューザプレート（所謂シャワー板）が開示されている（特許文献２を参照）。他の例として、より高品質な膜をより効率良く製造するために、梯子状電極を用い、４００Ｐａのガス圧力で１００ＭＨｚの超高周波電力を供給し、梯子状電極と基板との間隔を６ｍｍとした状態で成膜速度を２ｎｍ／秒として膜を成膜する技術が開示されている（特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２９６５２６号公報
【特許文献２】特開２００５−３２８０２１号公報
【特許文献３】特開２００５−２５９８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のプラズマＣＶＤ装置では、局部的に電界が集中してしまう構造的な欠陥が存在していたため、緻密な微結晶半導体膜を作製することができなかった。例えば、平板状の電極の表面に凹部又は凸部が設けられたことにより、その凹部又は凸部の角部おいて電界が集中する構造となっていた。そのため電界が集中する領域で反応ガスが激しく反応し、また気相中の反応で異常成長した粉体が堆積膜中に含まれることにより、緻密な半導体膜を形成することができなかった。
【０００７】
このような状況に鑑み、本明細書で開示される発明の一形態は、結晶粒間に鬆がない緻密な結晶性半導体膜（例えば微結晶半導体膜）を用いて光電変換素子を作製する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態は、反応室に供給される反応ガスの供給口の近傍にプラズマの高密度領域を形成しつつ、その高密度プラズマ領域を含む気相中で半導体の結晶を成長させ、それを膜として堆積させる方法である。
【０００９】
気相中で半導体の結晶を成長させるためには反応圧力を高くし、電極間隔を狭くすることが好ましい。反応圧力が高い程、グロー放電によって生成されたラジカル同士、及びラジカルと反応ガス分子との衝突反応を生ずる確率が高くなり、電極間隔を狭くすることにより結晶性を有する堆積前駆体が肥大化する前に基板の堆積表面に到達させ、堆積表面で結晶核となり、当該結晶核を結晶成長させることで、緻密な結晶性を有する微結晶半導体膜を形成することができる。そして、気相中で結晶性を有する堆積前駆体を生成することで、堆積初期段階から結晶性の良い微結晶半導体膜を作製することができる。
【００１０】
また、反応ガスに希ガスを加えることは好ましい。反応ガスと共に反応室に導入された希ガスは、電子温度を下げ電子密度を高くする作用がある。それによりラジカルの生成量が増大し、成膜速度が向上し、微結晶半導体膜の結晶性が向上し、微結晶半導体膜が緻密化するように作用する。このような作用を得るためには、希ガスを準安定状態に励起させる必要があり、そのためには希ガスの励起種を生成させ、あるいは希ガスを電離させることができる程度の電界を印加する必要がある。例えば、反応ガスであるシランガスと水素ガスに加え、希ガスとしてアルゴンを加えると、水素ラジカルが増大し微結晶半導体膜の結晶性を向上させることが可能となる。
【００１１】
例えば、本発明の一形態は、基板上に、第１の電極と、ユニットセルと、第２の電極とを形成する光電変換装置の作製方法であって、ユニットセルを構成する、第１の導電型を示す半導体膜、光電変換を奏する半導体膜、または、第２の導電型を示す半導体膜、のいずれかを、プラズマＣＶＤ装置の反応室内における反応ガスの圧力を４５０Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下、好ましくは４５０Ｐａ以上２０００Ｐａ以下とし、当該プラズマＣＶＤ装置の第１の電極と第２の電極の間隔を１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、好ましくは４ｍｍ以上１６ｍｍ以下として、前記第１の電極に６０ＭＨｚ以下の高周波電力を供給することにより、第１の電極および第２の電極の間にプラズマ領域を形成し、プラズマ領域を含む気相中において、結晶性を有する堆積前駆体を形成し、堆積前駆体を堆積させることにより、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下の結晶核を形成し、結晶核から結晶成長させることにより形成する、光電変換装置の作製方法である。
【００１２】
また、本発明の別の一形態は、基板上に、第１の電極と、複数のユニットセルと、第２の電極とを形成する光電変換装置の作製方法であって、複数のユニットセルの一を構成する、第１の導電型を示す半導体膜、光電変換を奏する半導体膜、または、第２の導電型を示す半導体膜、のいずれかを、プラズマＣＶＤ装置のチャンバー内における反応ガスの圧力を４５０Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下、好ましくは４５０Ｐａ以上２０００Ｐａ以下とし、当該プラズマＣＶＤ装置の第１の電極と第２の電極の間隔を１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、好ましくは４ｍｍ以上１６ｍｍ以下として、第１の電極に６０ＭＨｚ以下の高周波電力を供給することにより、第１の電極および第２の電極の間にプラズマ領域を形成し、プラズマ領域を含む気相中において、結晶性を有する堆積前駆体を形成し、堆積前駆体を堆積させることにより、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下の結晶核を形成し、結晶核から結晶成長させることにより形成する、光電変換装置の作製方法である。
【００１３】
なお、第１の電極または第２の電極に凸状の構造体（突起部）が設けられている場合、第１の電極または第２の電極の共通平面、または凸状の構造体の頂部若しくはその近傍に設けられたガス供給口から反応ガスを供給し、高密度プラズマ領域に反応ガスが流れるようにして、堆積前駆体を生成してもよい。または、第１の電極または第２の電極の凸状の構造体の頂部若しくはその近傍に設けられた第１のガス供給口と、電極の共通平面に設けられた第２のガス供給口とから反応ガスを供給し、高密度プラズマ領域にそれぞれのガス供給口から供給された反応ガスが流れるようにして堆積前駆体を生成してもよい。
【００１４】
上記において、反応ガスに希ガスを加えることにより、高密度プラズマ領域における電子温度を下げると共に、高密度プラズマ領域における電子密度を高め、微結晶半導体膜の結晶性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
ガス供給口から供給される反応ガスを高密度プラズマ領域に流すことで、気相中で堆積前駆体を生成し、その反応を促進することができる。
【００１６】
また、平板状の電極表面に構造体を設け、その構造体の角部を曲面形状とすることにより、当該角部に電界を集中させずに高密度プラズマ領域を形成することができる。
【００１７】
また、電極間隔を狭くすることでナノクリスタルとなった堆積前駆体同士の衝突は生ずることはなく、非晶質成分を生じさせない。
【００１８】
上記により、堆積される微結晶半導体膜に含まれる非晶質成分の割合を低減することができ、緻密な微結晶半導体膜を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】微結晶半導体膜の作製方法を説明する図である。
【図２】プラズマＣＶＤ装置の一例を説明する図である。
【図３】プラズマＣＶＤ装置の上部電極の形状を説明する図である。
【図４】成膜装置の一例を説明する図である。
【図５】プラズマＣＶＤ装置の一例を説明する図である。
【図６】プラズマＣＶＤ装置の上部電極の形状を説明する図である。
【図７】プラズマＣＶＤ装置の上部電極の形状を説明する図である。
【図８】プラズマＣＶＤ装置の上部電極の形状を説明する図である。
【図９】プラズマＣＶＤ装置の上部電極の形状を説明する図である。
【図１０】プラズマＣＶＤ装置中のプラズマの強度を説明する図である。
【図１１】プラズマＣＶＤ装置の一例を説明する図。
【図１２】プラズマＣＶＤ装置の一例を説明する図。
【図１３】プラズマＣＶＤ装置の上部電極の形状を説明する図。
【図１４】プラズマＣＶＤ装置の上部電極の形状を説明する図。
【図１５】プラズマＣＶＤ装置の上部電極の形状を説明する図。
【図１６】光電変換装置の作製方法を説明する図である。
【図１７】光電変換装置の作製方法を説明する図である。
【図１８】太陽光発電システムの構造を説明する図である。
【図１９】成膜装置の構成の概略を示す図である。
【図２０】水素ラジカル密度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。また、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。なお、各図面において示す各構成の、大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されて表記している場合がある。従って、必ずしもそのスケールに限定されない。
【００２１】
（実施の形態１）
実施の形態では、結晶性の高い微結晶半導体膜の作製方法について、図１乃至図４を用いて説明する。
【００２２】
本実施の形態に示す微結晶半導体膜の形成方法は、図１（Ａ）に示すように、気相中で堆積前駆体４３を形成し、基板４０上に形成された下地膜４２上に当該堆積前駆体４３を堆積させ、結晶核４４を形成する。次に、図１（Ｂ）に示すように、結晶核４４上に微結晶半導体膜を形成することで、結晶核４４を結晶成長の核として、結晶成長した微結晶半導体膜４６を形成することができる。
【００２３】
堆積前駆体４３はプラズマ中で原料ガスと電子の反応により形成されるものであり、成膜室内の圧力を従来の微結晶半導体膜の成膜圧力３００Ｐａより高い圧力、代表的には４５０Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下、好ましくは４５０Ｐａ以上２０００Ｐａ以下、より好ましくは５００Ｐａ以上１５００Ｐａ以下とすることで生成することができる。堆積前駆体は、大きさが数ｎｍであり、複数のラジカルが逐次反応し、ある程度秩序性を有する高次ラジカル（ＳｉＨｎ）ｘ（ｎ＝１、２、３）ともいえる。原料ガスがシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の場合、堆積前駆体４３は、シリコン、ゲルマニウム、またはシリコンゲルマニウムで形成される。このため、下地膜４２上に堆積した堆積前駆体４３は結晶核４４となる。または、下地膜４２上に堆積した堆積前駆体４３にプラズマ中で解離された活性なラジカルが結合し、結晶核４４となる。結晶核４４は、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であり、粒子内に単結晶とみなせる微小結晶である結晶子を有するため、秩序性を有する。このため、結晶核４４にプラズマ中で解離された活性なラジカルが到達すると、結晶核４４を核として結晶成長するため、下地膜との界面から結晶性の高い微結晶半導体膜４６を形成することができる。
【００２４】
本実施の形態では、反応室の圧力を従来の微結晶半導体膜の成膜圧力より高い圧力、代表的には４５０Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下、好ましくは４５０Ｐａ以上２０００Ｐａ以下、好ましくは５００Ｐａ以上１５００Ｐａ以下とすることで、結晶核４４を下地膜４２上に緻密に堆積させることが可能である。即ち、隣接する結晶核４４が密に接した状態で下地膜４２上に堆積させることが可能である。このため、結晶核４４を核として結晶成長させると、結晶粒が緻密となり、結晶粒の間における非晶質半導体や低密度領域が低減するため、結晶性の高い微結晶半導体膜４６を形成することができる。
【００２５】
なお、下地膜４２とは、微結晶半導体膜４６が形成される被形成面を有する膜をいう。基板４０及び下地膜４２は適宜用いることができる。また、下地膜４２としては、導電膜、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜等がある。
【００２６】
ここで、本実施の形態の特徴である堆積前駆体４３及び結晶核４４を作製することが可能なプラズマＣＶＤ装置について図２乃至図４を用いて説明する。
【００２７】
図２はプラズマＣＶＤ装置の反応室の一構成を示す。反応室１００ｂはアルミニウム又はステンレスなど剛性のある素材で形成され、内部を真空排気できるように構成されている。本実施の形態で示す反応室１００ｂは、機械的強度を高めるためにチャンバーの素材をステンレスとし、内面にアルミニウム溶射を施したものである。また、本実施の形態で示すプラズマＣＶＤ装置は、メンテナンスのため分解が可能なチャンバー構成とし、定期的に再度のアルミニウム溶射を施すことが可能な構成とするとよい。反応室１００ｂには第１の電極１０１（上部電極とも呼ぶ。）と、第１の電極１０１と対向する第２の電極１０２（下部電極とも呼ぶ。）が備えられている。
【００２８】
第１の電極１０１には高周波電力供給手段１０３が連結されている。第２の電極１０２は接地され、基板４０を載置できるように構成されている。第１の電極１０１は絶縁材１１６により反応室１００ｂと絶縁分離されることで、高周波電力が漏洩しないように構成されている。絶縁材１１６として、例えばセラミック材料を用いる場合には、上部電極のシールにナイフエッジ型メタルシールフランジを用いることが困難であるため、Ｏリングシールを用いるとよい。
【００２９】
なお、図２では、第１の電極１０１と第２の電極１０２を有する容量結合型（平行平板型）の構成を示しているが、これに限定されない。高周波電力を供給して反応室１００ｂの内部にグロー放電プラズマを発生させることができるものであれば、誘導結合型など他の構成を適用してもよい。
【００３０】
第１の電極１０１と第２の電極１０２は、その一表面が略平行となるように設けられている。第１の電極１０１には、ガス供給手段１０８に接続される中空部１４４が設けられている。中空部１４４は、ガスライン１４６を介してガス供給手段１０８のシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体が充填されたシリンダ１１０ａに接続されている。このため、中空部１４４のガス供給口からは、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体が反応室１００ｂに供給される。
【００３１】
ガス供給手段１０８は、ガスが充填されたシリンダ１１０、圧力調整弁１１１、ストップバルブ１１２、マスフローコントローラ１１３などで構成されている。また、ガス供給手段１０８は、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体が充填されたシリンダ１１０ａと、水素が充填されたシリンダ１１０ｂと、希釈ガスが充填されたシリンダ１１０ｃとを有する。なお、ここでは、希釈ガスが充填されたシリンダ１１０ｃを設けたが、必ずしも必要としない。
【００３２】
シリンダ１１０ａに充填されたシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体として、代表的には、シラン（ＳｉＨ４）ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガス、ゲルマン（ＧｅＨ４）ガス、ジゲルマン（Ｇｅ２Ｈ６）ガス等があるが、他の堆積性気体を用いることもできる。
【００３３】
シリンダ１１０ｃに充填された希釈ガスとしては、アルゴン、キセノン、クリプトン等の希ガスがある。
【００３４】
ヒータコントローラ１１５により温度制御される基板加熱ヒータ１１４は、第２の電極１０２内に設けられている。基板加熱ヒータ１１４が第２の電極１０２内に設けられる場合、熱伝導加熱方式が採用される。基板加熱ヒータ１１４は、例えばシーズヒータで構成される。
【００３５】
高周波電力供給手段１０３には、高周波電源１０４、整合器１０６、高周波カットフィルタ１２９が含まれている。高周波電源１０４から供給される高周波電力は、第１の電極１０１に供給される。
【００３６】
高周波電源１０４は、６０ＭＨｚ以下の高周波電力を供給する。また、第２の電極１０２上に載置される基板が第７世代以上の大面積基板の場合には、高周波電源１０４として、波長が概ね１０ｍ以上の高周波電力を供給することが好ましい。代表的には、１３．５６ＭＨｚ以下、例えば３ＭＨｚ以上１３．５６ＭＨｚ以下の高周波電力を供給することが好ましい。高周波電源１０４が、上記範囲の高周波電力を供給することで、第７世代以上の大面積基板を第２の電極１０２上に載置してグロー放電を行っても、表面定在波の影響を受けることなく均一なプラズマを発生させることができるため、基板が大面積であっても基板全体に均質で良質な膜を形成することができる。
【００３７】
また、高周波電源１０４として周波数１３．５６ＭＨｚを発振する電源を用いる場合、高周波カットフィルタ１２９として１０ｐＦ〜１００ｐＦの可変コンデンサを用いるとよい。
【００３８】
また、高周波カットフィルタ１２９として、さらにコイルを用いて、コイルと可変コンデンサとを用いる並列共振回路を構成してもよい。
【００３９】
反応室１００ｂに接続されている排気手段１０９には真空排気する機能と、反応ガスを流す場合に反応室１００ｂ内を所定の圧力に保持するように制御する機能が含まれている。排気手段１０９の構成としては、バタフライバルブ１１７、バタフライバルブ１１８、ストップバルブ１１９〜１２４、ターボ分子ポンプ１２５、ターボ分子ポンプ１２６、ドライポンプ１２７などが含まれる。なお、ターボ分子ポンプ１２６はストップバルブ１２４を介してドライポンプ１２７と連結されている。
【００４０】
反応室１００ｂ内を真空排気する場合には、まず、粗引き用のストップバルブ１１９と粗引き用のストップバルブ１２１を開き、反応室１００ｂ内をドライポンプ１２７で排気した後、ストップバルブ１１９を閉じて、バタフライバルブ１１７、ストップバルブ１２０を開き、真空排気を行う。さらに、反応室１００ｂ内を１０−５Ｐａよりも低い圧力の超高真空まで排気する場合には、反応室１００ｂ内をドライポンプによって排気した後、バタフライバルブ１１７、ストップバルブ１２０およびストップバルブ１２１を閉じ、バタフライバルブ１１８からストップバルブ１２２、１２３、１２４を開き、直列接続されたターボ分子ポンプ１２５、ターボ分子ポンプ１２６およびドライポンプ１２７による排気を行って真空排気する。また、真空排気を行った後に、反応室１００ｂ内を加熱処理して内壁からの脱ガス処理を行うことが好ましい。
【００４１】
第１の電極１０１と第２の電極１０２の間隔（ギャップ間隔とも呼ぶ）は適宜変更できるように構成されている。このギャップ間隔の調節は、反応室１００ｂ内で第２の電極１０２の高さの調整により行うことができる。ベローズ１０７を用いることで、反応室１００ｂ内を真空に保持しつつ、ギャップ間隔の調節を行うことができる。
【００４２】
ここで、第１の電極１０１の形状の一形態について、図３に示す。図３（Ａ）は第１の電極１０１を第２の電極１０２側からみた平面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＡ−Ｂにおける断面図である。
【００４３】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、第１の電極１０１には中空部１４４のガス供給口が規則的に、好ましくは等間隔で配置される。ガス供給口の口径は、第１の電極１０１の全面において均一であっても良いし、異なっていても良い。なお、図に示すガス供給口の配置は一例にすぎず、開示する発明の一態様がこれに限定して解釈されるものではない。例えば、ガス供給口を第１の電極１０１の中央部のみに設けても良い。
【００４４】
図４は、複数の反応室を備えたマルチ・チャンバ・プラズマＣＶＤ装置の一形態の概略図を示す。この装置は、共通室１３０、ロード／アンロード室１３１、第１の反応室１００ａ、第２の反応室１００ｂ、第３の反応室１００ｃ、及び第４の反応室１００ｄを備えている。ロード／アンロード室１３１は、カセットに装填される基板が共通室１３０の搬送機構１３４によって各反応室に搬出入される枚葉式の構成である。共通室１３０と各室の間にはゲートバルブ１３３が備えられ、各反応室で行われる処理が、相互に干渉しないように構成されている。
【００４５】
各反応室は、形成する薄膜の種類によって区分されている。勿論、反応室の数はこれに限定されるわけではなく、必要に応じて任意に増減させることができる。また、一の反応室で一の膜を成膜するようにしてもよいし、一の反応室で複数の膜を成膜するように構成しても良い。
【００４６】
各反応室には、排気手段１０９が接続されている。排気手段は図２及び図４に示す真空ポンプの組み合わせに限定されるものではなく、概略１０−５Ｐａから１０−１Ｐａの真空度にまで排気できるものであれば他の真空ポンプを適用してもよい。
【００４７】
なお、ロード／アンロード室１３１に、ドライポンプ１３６の他に超高真空まで真空排気が可能なクライオポンプ１３５を連結してもよい。クライオポンプ１３５を用いることで、ロード／アンロード室１３１の圧力を１０−５Ｐａよりも低い圧力の超高真空とすることができ、反応室中の基板に堆積される膜の不純物濃度を低減することができる。また、クライオポンプ１３５は、ターボ分子ポンプ及びドライポンプと比較して排気速度が速いため、開閉頻度の高いロード／アンロード室１３１にクライオポンプ１３５を設けることで、スループットを向上させることができる。
【００４８】
ガス供給手段１０８は、ガスが充填されたシリンダ１１０、圧力調整弁１１１、ストップバルブ１１２、マスフローコントローラ１１３などで構成されている。ここでは図示しないが、ガスが充填されたシリンダは、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体が充填されたシリンダ、水素が充填されたシリンダ、希釈ガスが充填されたシリンダ、反応性ガス（酸化性ガス、窒化性ガス、ハロゲンガス等）が充填されたシリンダ、一導電型を付与する不純物元素を有するガスが充填されたシリンダ等を有する。
【００４９】
各反応室にはプラズマを形成するための高周波電力供給手段が連結されている。高周波電力供給手段には、少なくとも高周波電源１０４と整合器１０６が含まれる。
【００５０】
各反応室は形成する薄膜の種類によって使い分けることが可能である。それぞれの薄膜には最適な成膜温度があるので、反応室を個別に分けておくことで成膜温度を形成する膜ごとに管理することが容易となる。さらに、同じ膜種を繰り返し成膜することができるので、前に形成された膜に起因する残留不純物の影響を排除することができる。
【００５１】
図２に示すプラズマＣＶＤ装置の反応室１００ｂにおいて、反応室の圧力を従来の微結晶半導体膜の成膜圧力より高い圧力、代表的には４５０Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下、好ましくは４５０Ｐａ以上２０００Ｐａ以下、より好ましくは５００Ｐａ以上１５００Ｐａ以下とし、原料ガスとしてシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体及び水素を反応室に導入し、第１の電極１０１に高周波電力を供給して、グロー放電させると、分子の平均自由行程が短くなり、プラズマ中において電子が気体分子に衝突する確率が高くなり、反応確率が増加する。このため、プラズマ中で活性なラジカルが生成されやすい。特に、プラズマ密度の高い領域では寿命の短い活性なラジカルが生成され、これが気相中で反応して核が形成される。核が形成されると気相中で逐次反応が進みナノメートルサイズの堆積前駆体の成長が促進される。このような従来の微結晶半導体膜の成膜圧力より高い圧力での放電は、第１の電極１０１及び第２の電極１０２の距離が短く、代表的には１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、好ましくは４ｍｍ以上１６ｍｍ以下、更に好ましくは５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の場合に発生させやすい。なお、ここでは、第１の電極１０１及び第２の電極１０２の距離とは、第１の電極１０１及び第２の電極１０２の間隔をいう。
【００５２】
堆積前駆体の核が発生すると、活性なラジカルが核に付着して堆積前駆体が成長する。核発生に必要なラジカルは核成長で消費されるので、新たな核の生成は抑制される。よって、反応室の圧力と共に、第１の電極１０１に供給する電力の供給時間（例えば、パルス波電力におけるパルス幅、パルス周波数）、ガス流量、ガスの排気速度を制御することで、堆積前駆体のサイズ及び生成量を制御することが可能である。
【００５３】
堆積前駆体の組成は、供給するガスの選択によって制御することができる。ガスの種類によって、プラズマ中で生成されるラジカルが異なるからである。よって、堆積前駆体の成長の途中で堆積性気体の種類を切り替えることによって、多層構造の堆積前駆体の生成も可能である。なお、原料ガスがシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の場合、堆積前駆体は、シリコン、ゲルマニウム、またはシリコンゲルマニウムで形成される。
【００５４】
プラズマ中で堆積前駆体は負に帯電しやすいため、クーロン力により堆積前駆体同士の凝集は抑制される性質がある。よって、本実施の形態により、単分散に近い堆積前駆体を高密度に得ることができる。
【００５５】
堆積前駆体の構造は、成長に寄与するラジカルの種類の他に、堆積前駆体の温度が重要である。堆積前駆体の温度は、その表面（堆積前駆体の表面）に入射するイオン、電子の運動エネルギー、表面における化学反応によるエネルギーの放出又は吸収、中性ガス分子の衝突による加熱又は冷却などの影響を受けて決まる。
【００５６】
例えば、シリコンの堆積前駆体を生成する場合、シラン（ＳｉＨ４）を水素で希釈することで結晶構造とすることができる。これは、微結晶シリコン膜を堆積する場合に起こる表面反応と同様なメカニズムであると考えられ、シランが解離して生成されたラジカルと水素との反応が、結晶構造を有するシリコンの堆積前駆体の生成に主として寄与しているためと考えられる。
【００５７】
このことにより、気相中で形成された秩序性を有する堆積前駆体を基板表面に堆積させ、結晶核とし、当該結晶核を基板上での結晶成長の核として使用することができる。また、堆積する膜中に結晶性の堆積前駆体を含ませることができる。更に、結晶核上に微結晶半導体膜を堆積すると、秩序性を有する結晶核を結晶成長の核として下地膜との界面から結晶成長するため、下地膜界面から結晶性の高い微結晶半導体膜を形成することができる。さらには、反応室の圧力を従来の微結晶半導体膜の成膜圧力より高い圧力、代表的には４５０Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下、好ましくは４５０Ｐａ以上２０００Ｐａ以下、好ましくは５００Ｐａ以上１５００Ｐａ以下とすることで、堆積前駆体の生成速度が増加するため、隣接する結晶核４４が密に接した状態で下地膜４２上に形成させることが可能であると共に、結晶粒の間における非晶質半導体や低密度領域（鬆ともいう。）が低減するため、結晶性の高い微結晶半導体膜の成膜速度を高めることができる。
【００５８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に示すプラズマＣＶＤ装置において、第１の電極に適用可能な構造について、図５乃至図１０を用いて説明する。
【００５９】
図５に示すプラズマＣＶＤ装置の反応室の一構成において、第１の電極１０１は、凸部１４１及び凹部１４３が規則的に、好ましくは等間隔で配置された凹凸電極である。即ち、凸状の構造体で形成される凸部１４１が規則的に、好ましくは等間隔で配置されている。また、第１の電極１０１の凹部１４３には、ガス供給手段１０８に接続される中空部１４４が設けられている。即ち、ガス供給口が設けられる共通平面が凹部１４３である。なお、ここでは、第２の電極１０２の表面との距離が近いガス供給口を有する領域を凸部１４１とし、第２の電極１０２の表面との距離が遠いガス供給口を有する領域を凹部１４３として示す。
【００６０】
また、中空部１４４は、ガスライン１４６を介してガス供給手段１０８のシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体が充填されたシリンダ１１０ａに接続されている。このため、凹部１４３に設けられている中空部１４４のガス供給口からは、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体が反応室１００ｂに供給される。
【００６１】
ここで、第１の電極１０１の形状の一形態について、図６及び図７を用いて説明する。図６（Ａ）及び図７（Ａ）は、第１の電極１０１を第２の電極１０２側からみた平面図であり、図６（Ｂ）及び図７（Ｂ）は、図６（Ａ）及び図７（Ａ）のＡ−Ｂにおける断面図である。なお、図６（Ａ）及び図７（Ａ）において、凹凸の様子を分かりやすくするため、窪んでいる領域（即ち、凹部）を間隔の狭いハッチパターンで示す。
【００６２】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、凹部１４３に形成される中空部１４４のガス供給口が、規則的に、好ましくは等間隔で配置される。また、凹部１４３には中空部１４４のガス供給口が設けられている。複数の凸部１４１のそれぞれは分離されており、凹部１４３は繋がった一の平面（共通平面）である。即ち、ガス供給口が設けられる共通平面から突出するように設けられた凸状の構造体を有し、該凸状の構造体はそれぞれ孤立している。ここでは、凸部１４１を四角錐台としている。なお、凸部１４１はこれに限定されず、適宜、三角錐台、五角錐台、六角錐台その他の多角錐台としてもよい。また、凸部１４１の稜及び角に丸み面取りを施して、角丸の多角錐台とすることが好ましい。凸部１４１及び凹部１４３の稜及び角に丸み面取りを施すことにより、過剰な電界集中を低減することが可能である。このため、局所的なアーク放電を低減することが可能であり、パーティクルの発生を低減することができる。
【００６３】
また、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、凸部１４１が円錐台となっていてもよい。また、凹部１４３には中空部１４４のガス供給口が設けられている。なお、凸部１４１の稜に丸み面取りを施して、角丸の円錐台とすることが好ましい。凸部１４１を円錐台とし、凸部１４１及び凹部１４３の稜に丸み面取りを施すことにより、過剰な電界集中を低減することが可能である。このため、局所的なアーク放電を低減することが可能であり、パーティクルの発生を低減することができる。
【００６４】
また、図６及び図７に示す凸部１４１においては、角丸の多角錐台または円錐台を示したが、図８（Ａ）に示すように、多角錐台または円錐台の稜及び角に丸みを帯びないように面取りを施すことができる。代表的には、凸部１４１をテーパ形状とし角１４７を面取りすることができる。また、凹部１４３をテーパ形状とし角１４９を面取りすることができる。凸部１４１及び凹部１４３において、角１４７、１４９を面取りすることで、当該領域の電界集中を低減することが可能であり、パーティクルの発生を低減することができる。
【００６５】
また、図６及び図７に示す凹部１４３において、図８（Ｂ）に示すように、中空部１４４のガス供給口周辺の１５５または角を丸めてもよい。さらには、図示しないが、中空部１４４のガス供給口周辺に丸みを帯びないように面取りを施してもよい。この結果、ガス供給口付近における電界集中を低減することが可能であり、パーティクルの発生を低減することができる。
【００６６】
ここで、第１の電極１０１の断面形状と電界の強度について、図１０を用いて説明する。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）はそれぞれ、計算に用いた第１の電極１０１の断面形状を示し、図１０（Ｃ）及び図１０（Ｄ）はそれぞれ、電界シミュレーターによって計算した電界の強度を示す。
【００６７】
図１０（Ａ）は第１の電極１０１の凸部の側面が凹部の表面と垂直な形状（第１の形状）を示し、図１０（Ｂ）は第１の電極１０１の凸部の断面形状がテーパ形状（第２の形状）を示す。即ち、第１の電極１０１の凸部の側面と凹部の表面が凸部内でなす角をθとし、凸部の頂部の表面と側面がなす角をγとすると、θが９０°未満であり、γが９０°より大きい形状である。なお、凸部の断面形状がテーパ形状である場合（図１０（Ｂ）の場合）には、頂部に向かうにつれ断面積が単調に小さくなる。
【００６８】
図１０（Ａ）においては、凹部の深さｄ１を４０ｍｍ、隣接する凸部の間隔ｄ２を２０ｍｍ、第１の電極１０１及び第２の電極１０２の間隔ｄ３を２０ｍｍとした。
【００６９】
図１０（Ｂ）においては、凹部の深さｄ４を４０ｍｍ、隣接する凸部において第２の電極１０２側の頂部の間隔ｄ５を６０ｍｍ、第１の電極１０１及び第２の電極１０２の間隔ｄ６を２０ｍｍとした。なお、凹部においてガス供給口が形成される平面の直径ｄ７を２０ｍｍとした。また、凸部の稜及び角の曲率半径Ｒを１０ｍｍとした。
【００７０】
また、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）のそれぞれにおいて、ガス供給口近傍をＡ、凹部の中央近傍をＢ、凹部の第２の電極１０２近傍をＣ、第１の電極１０１の凸部の極近傍をＤとし、これらの電界の強度について計算した結果を表１に示す。なお、表１は、図１０（Ａ）に示す第１の電極１０１の凸部の近傍Ｄの電界強度を１として、その他の領域の電界強度を規格化したものである。このとき、第１の電極１０１に供給した電力の周波数は１３．５６ＭＨｚである。
【００７１】
【表１】
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【００７２】
図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）について計算した電界強度の分布を示し、図１０（Ｄ）は、図１０（Ｂ）について計算した電界強度の分布を示す。
【００７３】
図１０（Ｃ）において、隣接する凸部の間の凹部表面の近傍（Ａの近傍）には電界が極端に弱い領域１８１が形成され、凸部とプラズマ１８７の間（第１の電極１０１の凸部の近傍（Ｄの近傍））には電界の強い領域１８５が形成される。
【００７４】
一方、図１０（Ｄ）において、テーパ角θが小さいほど凹部の表面まで電界が回り込むため、凹部では電界が弱い領域１９１が形成され、凸部の頂部表面近傍では中程度の電界の領域１９３が形成される。
【００７５】
図１０（Ｃ）と図１０（Ｄ）を比較すると、図１０（Ｂ）の形状では、凸部の頂部、特に凸部の稜及び角近傍における電界を緩和することができ、基板４０表面へのプラズマダメージを低減すると共に、アーク放電が原因のパーティクルの発生を低減することができる。また、凸部の頂部の表面の領域を小さくするほど、凸部の頂部近傍に高密度プラズマ領域を形成することができる。
【００７６】
本実施の形態に示す第１の電極は、凸部１４１及び凹部１４３を有するため、凸部１４１の頂部に高密度プラズマ領域を形成することが可能である。このため、高密度プラズマ領域において反応性が高まり、核及び堆積前駆体の生成を促進させることができる。この結果、実施の形態１と同様に、気相中で形成された秩序性を有する堆積前駆体を基板表面に堆積させ結晶核とし、当該結晶核を基板上での結晶成長の核として使用することができる。また、堆積する膜中に結晶性の堆積前駆体を含ませることができる。更に、結晶核上に微結晶半導体膜を堆積すると、秩序性を有する結晶核を結晶成長の核として下地膜との界面から結晶成長するため、下地膜界面から結晶性の高い微結晶半導体膜を作製することができる。さらには、反応室の圧力を従来の微結晶半導体膜の成膜圧力より高い圧力、代表的には４５０Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下、好ましくは４５０Ｐａ以上２０００Ｐａ以下、好ましくは５００Ｐａ以上１５００Ｐａ以下とすると共に、凸部近傍において高密度プラズマ領域を形成することで、堆積前駆体の生成速度が増加するため、隣接する結晶核４４が密に接した状態で下地膜４２上に形成させることが可能であると共に、結晶粒の間における非晶質半導体や低密度領域（鬆ともいう。）が低減するため、結晶性の高い微結晶半導体膜の成膜速度を高めることができる。
【００７７】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１に示すプラズマＣＶＤ装置において、第１の電極に適用可能な構造について、図９を用いて説明する。図９（Ａ）は第１の電極１０１を第２の電極１０２側からみた平面図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のＡ−Ｂにおける断面図である。なお、図９（Ａ）において、凹凸の様子を分かりやすくするため、窪んでいる領域（即ち、凹部）を間隔の狭いハッチパターンで示す。
【００７８】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、凸部１４１に形成される中空部１４２のガス供給口が規則的に、好ましくは等間隔で配置される。また、図９（Ｂ）に示すように、凸部１４１には中空部１４２のガス供給口が設けられている。複数の凸部１４１のそれぞれは分離されており、凹部１４３は繋がった一の平面（共通平面）である。ここでは、凸部１４１を四角錐台としている。なお、凸部１４１はこれに限定されず、適宜、三角錐台、五角錐台、六角錐台その他の多角錐台としてもよい。また、凸部１４１の稜及び角を丸めて、角丸の多角錐台とすることが好ましい。また、凸部１４１が円錐台となっていてもよい。更には、凸部１４１の稜を丸めて、角丸の円錐台とすることが好ましい。
【００７９】
グロー放電により、凸部１４１の頂部において高密度プラズマ領域が形成されるため、凸部１４１のガス供給口から反応室に導入された原料ガスの反応が更に促進される。このため、堆積前駆体４３の生成が進み、下地膜上により多くの結晶核４４を緻密に堆積することができる。
【００８０】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１に示すプラズマＣＶＤ装置において、第１の電極に適用可能な構造について、図１１乃至図１５を参照して説明する。
【００８１】
図１１に示すプラズマＣＶＤ装置の反応室の一構成において、第１の電極１０１は、凸部１４１および凹部１４３が規則的に、好ましくは等間隔で配置された凹凸電極である。即ち、凸状の構造体で形成される凸部１４１が規則的に、好ましくは等間隔で配置されている。また、第１電極１０１の凸部１４１には、ガス供給手段１０８に接続される中空部１４２が設けられており、第１の電極１０１の凹部１４３には、ガス供給手段１０８に接続される中空部１４４が設けられている。即ち、ガス供給口が設けられる共通平面が凹部１４３である。このような構造とすることにより、凸部１４１と凹部１４３から反応室１００ｂに供給されるガス種を異ならせることができる。なお、ここでは、第２の電極１０２の表面との距離が近いガス供給口を有する領域を凸部１４１とし、第２の電極１０２の表面との距離が遠いガス供給口を有する領域を凹部１４３として示す。
【００８２】
ここで、中空部１４２と中空部１４４から流すガスの種類は必要に応じて決定すればよい。例えば、中空部１４２から堆積性ガスを流し、中空部１４４から水素ガスを流してもよい。または、中空部１４２から水素ガスを流し、中空部１４４から堆積性ガスを流してもよい。または、中空部１４２から堆積性ガスと水素ガスの混合ガスを流し、中空部１４４から堆積性ガスを流してもよい。または、中空部１４２から堆積性ガスを流し、中空部１４４から堆積性ガスと水素ガスの混合ガスを流してもよい。または、中空部１４２から堆積性ガスと水素ガスの混合ガスを流し、中空部１４４から水素ガスを流してもよい。最も好ましくは、中空部１４２から水素ガスを流し、中空部１４４から堆積性ガスと水素ガスの混合ガスを流すことである。中空部１４２から水素ガスを流し、中空部１４４から堆積性ガスと水素ガスの混合ガスを流すことで、形成される微結晶半導体膜の結晶性を向上させることができる。
【００８３】
なお、成膜途中でガスの流量比を変えてもよい。例えば、成膜初期には堆積性ガスの流量比を高くし、成膜後期には希釈率を高くすることで、結晶性を向上させることができる。
【００８４】
また、第１の電極１０１は、複数の拡散板を有してもよい（図１２を参照）。図１２では、ガスライン１４５から供給されたガスは、拡散板１５１で拡散した後、拡散板１５１の貫通孔１５３を通過して、凸部１４１に設けられる中空部１４２の導入口から、反応室１００ｂに供給される。また、ガスライン１４６から供給されたガスは、拡散板１５２で拡散した後、拡散板１５２の貫通孔１５４を通過して、凹部１４３に設けられた中空部１４４の導入口から、反応室１００ｂに供給される。図１２に示すように、第１の電極１０１は拡散板１５１および拡散板１５２を有することにより、ガスライン１４５およびガスライン１４６から導入されたガスが第１の電極１０１内で十分に拡散され、均質なガスを反応室１００ｂに供給することができるため、基板上に均質で良質な膜を形成することができる。
【００８５】
ここで、第１の電極１０１の形状の一形態について、図１３および図１４を参照して説明する。図１３（Ａ）および図１４（Ａ）は、第１の電極１０１を第２の電極１０２側からみた平面図であり、図１３（Ｂ）および図１４（Ｂ）は、図１３（Ａ）および図１４（Ａ）のＡ−Ｂにおける断面図である。なお、図１３（Ａ）および図１４（Ａ）において、凹凸の様子を分かりやすくするため、窪んでいる領域（即ち、凹部）を間隔の狭いハッチパターンで示す。
【００８６】
図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示すように、凸部１４１に形成される中空部１４２のガス供給口と、凹部１４３に形成される中空部１４４のガス供給口が規則的に、好ましくは等間隔で配置される。また、凸部１４１には中空部１４２のガス供給口が設けられており、凹部１４３には中空部１４４のガス供給口が設けられている。複数の凸部１４１のそれぞれは分離されており、凹部１４３は繋がった一の平面（共通平面）である。即ち、ガス供給口が設けられる共通平面から突出するように設けられた凸状の構造体を有し、該凸状の構造体はそれぞれ孤立している。ここでは、凸部１４１を四角錐台としている。なお、凸部１４１はこれに限定されず、適宜、三角錐台、五角錐台、六角錐台その他の多角錐台としてもよい。また、凸部１４１の稜および角に丸み面取りを施して、角丸の多角錐台とすることが好ましい。凸部１４１および凹部１４３の稜および角に丸み面取りを施すことにより、過剰な電界集中を低減することが可能である。このため、局所的なアーク放電を低減することが可能であり、パーティクルの発生を低減することができる。
【００８７】
また、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示すように、凸部１４１が円錐台となっていてもよい。また、凸部１４１には中空部１４２のガス供給口が設けられており、凹部１４３には中空部１４４のガス供給口が設けられている。なお、凸部１４１の稜に丸み面取りを施して、角丸の円錐台とすることが好ましい。代表的には、凸部１４１をテーパ形状とし、角１５６、１５８を面取りすることができる。また、凹部１４３をテーパ形状とすることができる。凸部１４１および凹部１４３をテーパ形状とし、角１５６、１５８を面取りすることで、当該領域の電界集中を低減することが可能であり、パーティクルの発生を低減することができる（図１５（Ａ）を参照）。凸部１４１を円錐台とし、凸部１４１および凹部１４３の稜に丸み面取りを施すことにより、過剰な電界集中を低減することが可能である。このため、局所的なアーク放電を低減することが可能であり、パーティクルの発生を低減することができる。
【００８８】
また、図１３および図１４に示す凸部１４１においては、角丸の多角錐台または円錐台を示したが、多角錐台または円錐台の稜および角に丸みを帯びないように面取りを施してもよい。
【００８９】
また、中空部１４４のガス供給口周辺の稜および角１５７を丸めてもよい（図１５（Ｂ）を参照）。さらには、図示しないが、中空部１４４のガス供給口周辺に丸みを帯びないように面取りを施してもよい。この結果、ガス供給口付近における電界集中を低減することが可能であり、パーティクルの発生を低減することができる。
【００９０】
なお、シリコンの堆積前駆体を生成する場合、シラン（ＳｉＨ４）を水素で希釈することで結晶構造とすることができる。これは、微結晶シリコン膜を堆積する場合に起こる表面反応と同様なメカニズムであると考えられ、シランが解離して生成されたラジカルと水素との反応が、結晶構造を有するシリコンの堆積前駆体の生成に主として寄与しているためと考えられる。
【００９１】
この場合、例えば、凹部に設けられた中空部１４４のガス供給口から供給するガスをシランガスまたは水素希釈のシランガスとすれば、堆積前駆体の成長が促進され、基板４０に堆積する膜の堆積速度を向上させることができる。一方、凹部に設けられた中空部１４４のガス供給口から供給するガスをキセノン、クリプトン、アルゴンなどの希ガスにすれば、希ガスの励起種によりシランの分解が促進され高次ラジカルの生成に寄与するものとなる。
【００９２】
本実施の形態に示す第１の電極は、凸部１４１及び凹部１４３を有するため、凸部１４１の頂部に高密度プラズマ領域を形成することが可能である。このため、高密度プラズマ領域において反応性が高まり、核及び堆積前駆体の生成を促進させることができる。この結果、実施の形態１と同様に、気相中で形成された秩序性を有する堆積前駆体を基板表面に堆積させ結晶核とし、当該結晶核を基板上での結晶成長の核として使用することができる。また、堆積する膜中に結晶性の堆積前駆体を含ませることができる。更に、結晶核上に堆積すると、秩序性を有する結晶核を結晶成長の核として下地膜との界面から結晶成長するため、下地膜界面から結晶性の高い微結晶半導体膜を形成することができる。さらには、反応室の圧力を従来の微結晶半導体膜の成膜圧力より高い圧力、代表的には４５０Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下、好ましくは４５０Ｐａ以上２０００Ｐａ以下、好ましくは５００Ｐａ以上１５００Ｐａ以下とすると共に、凸部近傍において高密度プラズマ領域を形成することで、堆積前駆体の生成速度が増加するため、隣接する結晶核４４が密に接した状態で下地膜４２上に形成させることが可能であると共に、結晶粒の間における非晶質半導体や低密度領域（鬆ともいう。）が低減するため、結晶性の高い微結晶半導体膜の成膜速度を高めることができる。
【００９３】
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態１乃至実施の形態４より更に結晶性の高い微結晶半導体膜の形成方法について説明する。
【００９４】
本実施の形態では、図１の堆積前駆体４３及び微結晶半導体膜４６の原料ガスとして、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体及び水素の他、アルゴン、キセノン、クリプトン等の希ガスを用いることを特徴とする。
【００９５】
原料ガスとして、アルゴン、キセノン、クリプトンのような励起エネルギーが小さく、且つシラン及び水素の解離エネルギーに近い準安定エネルギーを有する希ガスを用いることで、プラズマ中における電子密度及び水素ラジカル量が増加する。また、電子温度が低下するため、プラズマ電位差が減少し、微結晶半導体膜へのダメージが低減し、結晶性の高い微結晶半導体膜４６を形成することができる。また、希ガスを原料ガスに用いることで、プラズマが安定し、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体、及び水素の解離が促進され、活性なラジカルの量が増加する。このため、活性なラジカル同士の反応が促進され、堆積前駆体４３の生成速度及び微結晶半導体膜４６の成膜速度が高まる。また、成膜速度が高まると、微結晶半導体膜４６の堆積時間が短くなり、堆積中に取り込まれる反応室内の不純物量が低減するため、微結晶半導体膜４６に含まれる不純物量が低減し、微結晶半導体膜４６の結晶性を高めることができる。
【００９６】
（実施の形態６）
本実施の形態では、光電変換装置の一形態について、説明する。本実施の形態に示す光電変換装置では、実施の形態１乃至実施の形態５に示すような結晶性の高い微結晶半導体膜が採用される半導体膜としては、光電変換を奏する半導体膜や導電型を示す半導体膜などがあるが、特に、光電変換を奏する半導体膜に採用することが好適である。または、光電変換を奏する半導体膜や導電型を示す半導体膜と、他の膜との界面に、結晶粒の間の隙間の数が極めて少なく、その大きさが極めて小さく、且つ結晶性の高い微結晶半導体膜を形成することもできる。
【００９７】
上述のような構成を採用することで、光電変換を奏する半導体膜や導電型を示す半導体膜によって生じる抵抗（直列抵抗）を低減し、光電変換装置の特性を向上させることができる。また、光電変換を奏する半導体膜や導電型を示す半導体膜と、他の膜との界面における光学的・電気的な損失を抑制し、光電変換効率を向上させることができる。以下、図１６及び図１７を用いて、光電変換装置の作製方法の一形態について説明する。
【００９８】
図１６（Ａ）に示すように、基板２００上に第１の電極２０２を形成する。
【００９９】
基板２００としては、代表的には、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの電子工業用に使われる各種ガラス基板が採用される。他に、石英基板、サファイア基板などを用いることができる。また、有機材料を含む基板を用いることもできる。有機材料を含む基板としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、シアネート樹脂等の熱硬化性樹脂を含む基板や、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フッ素樹脂等の熱可塑性樹脂を含む基板を用いると良い。
【０１００】
なお、基板２００の表面は、テクスチャー構造であってもよい。これにより、光電変換効率を向上させることが可能である。
【０１０１】
また、本実施の形態では、光が基板２００の裏面側（図の下方）から入射する構成とするため、透光性を有する基板を採用するが、のちに形成される第２の電極側（図の上方）から光が入射する構成とする場合には、これに限られない。この場合、シリコンなどの材料を含む半導体基板や、金属材料などを含む導電性基板を用いても良い。
【０１０２】
第１の電極２０２は、代表的には、光透過性を有する導電性材料を用いた電極が採用される。光透過性を有する導電性材料には、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系等の酸化物（金属酸化物）がある。特に、酸化インジウム、酸化インジウム・スズ合金（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、酸化インジウム・酸化亜鉛合金などを用いるのが好適である。他に、Ｚｎ−Ｏ−Ａｌ−Ｎ系の材料を用いることもできる。また、無機材料に限らず、有機材料を用いても良い。有機材料としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、これらの誘導体などの材料（導電性高分子材料）を用いることができる。第１の電極２０２は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、塗布法、印刷法などを用いて形成する。
【０１０３】
第１の電極２０２は、１０ｎｍ乃至５００ｎｍ、望ましくは、５０ｎｍ乃至１００ｎｍの厚さで形成する。また、第１の電極２０２のシート抵抗は、２０Ω／ｓｑ．乃至２００Ω／ｓｑ．程度となるように形成する。
【０１０４】
なお、本実施の形態では、光が基板２００の裏面側（図の下方）から入射する構成とするため、透光性を有する導電性材料を用いて第１の電極２０２を形成しているが、のちに形成される第２の電極側（図の上方）から光が入射する構成とする場合には、これに限られない。このような場合には、アルミニウム、白金、金、銀、銅、チタン、タンタル、タングステンなどの透光性を有しない導電性材料を用いて第１の電極２０２を形成することができる。特に、アルミニウム、銀、チタン、タンタルなどの光を反射しやすい材料を用いる場合には、光電変換効率を十分に向上させることが可能である。
【０１０５】
基板２００の表面と同様、第１の電極２０２の表面を、テクスチャー構造としてもよい。また、第１の電極２０２に接するように、低抵抗な導電性材料からなる補助電極を別途形成してもよい。
【０１０６】
次に、図１６（Ｂ）に示すように、第１の電極２０２上に第１の導電型を示す半導体膜２０４を形成し、第１の導電型を示す半導体膜２０４上に光電変換を奏する半導体膜２０６を形成し、光電変換を奏する半導体膜２０６上に第２の導電型を示す半導体膜２０８を形成する。
【０１０７】
第１の導電型を示す半導体膜２０４は、代表的には、導電型を付与する不純物元素が添加された半導体材料を含む半導体膜を用いて形成する。半導体材料としては、生産性や価格などの点でシリコンを用いるのが好適である。半導体材料としてシリコンを用いる場合、導電型を付与する不純物元素としては、ｎ型を付与するリン、ヒ素、ｐ型を付与するホウ素、アルミニウム等が採用される。
【０１０８】
なお、本実施の形態では、光が基板２００の裏面側（図の下方）から入射する構成としているため、第１の導電型を示す半導体膜２０４の導電型（第１の導電型）はｐ型とすることが望ましい。これは、ホールの寿命が電子の寿命の約半分と短く、結果としてホールの拡散長が短いこと、電子とホールの形成が、光電変換を奏する半導体膜の光が入射する側において多く行われること、などによるものである。このように、第１の導電型をｐ型とすることにより、ホールが消滅する前に電流として取り出すことが可能であるため、光電変換効率の低下を抑制することができる。なお、上記が問題とならないような状況、例えば、光電変換を奏する半導体膜が十分に薄い場合などにおいては、第１の導電型をｎ型としても良い。
【０１０９】
第１の導電型を示す半導体膜２０４の結晶性についての要求は特にないが、第１の導電型を示す半導体膜２０４に、実施の形態１乃至実施の形態５に示す結晶性の高い微結晶半導体膜を採用することで、従来の微結晶半導体膜を採用する場合と比較して、直列抵抗を低減し、また、第１の導電型を示す半導体膜２０４と他の膜との界面における光学的・電気的な損失を抑制することができるため、好適である。もちろん、非晶質、多結晶、単結晶などの他の結晶性の半導体を採用することも可能である。
【０１１０】
なお、第１の導電型を示す半導体膜２０４の表面を、基板２００の表面と同様、テクスチャー構造としてもよい。
【０１１１】
第１の導電型を示す半導体膜２０４は、シリコンを含む堆積性ガス、及びジボランを用いたプラズマＣＶＤ法で、形成することができる。また、第１の導電型を示す半導体膜２０４は、１ｎｍ乃至１００ｎｍ、望ましくは、５ｎｍ乃至５０ｎｍの厚さとなるように形成する。
【０１１２】
また、導電型を付与する不純物元素が添加されていないシリコン膜をプラズマＣＶＤ法などによって形成した後、イオン注入などの方法でホウ素を添加して、第１の導電型を示す半導体膜２０４を形成してもよい。
【０１１３】
光電変換を奏する半導体膜２０６を形成する。光電変換を奏する半導体膜としては、半導体材料として、シリコン、シリコンゲルマニウムなどが用いられる。
【０１１４】
ここでは、光電変換を奏する半導体膜２０６の作製方法として、実施の形態１乃至実施の形態５に示す微結晶半導体膜の作製工程を適用する。光電変換を奏する半導体膜２０６に、実施の形態１乃至実施の形態５に示す微結晶半導体膜を採用することにより、従来の微結晶半導体膜を採用する場合と比較して直列抵抗を低減し、また、半導体膜２０４と他の膜との界面における光学的・電気的な損失を抑制することができる。
【０１１５】
なお、光電変換を奏する半導体膜２０６には十分な光吸収が求められるから、その厚みは、１００ｎｍ乃至１０μｍ程度とすることが望ましい。
【０１１６】
本実施の形態では、第２の導電型をｎ型とする。第２の導電型を示す半導体膜２０８は、導電型を付与する不純物元素としてリンが添加されたシリコンなどの材料を用いて形成することができる。第２の導電型を示す半導体膜２０８に用いることができる半導体材料は、第１の導電型を示す半導体膜２０４と同様である。
【０１１７】
第２の導電型を示す半導体膜２０８は、第１の導電型を示す半導体膜２０４と同様に形成することができる。例えば、シリコンを含む堆積性ガス、及びホスフィンを用いたプラズマＣＶＤ法で、形成することができる。第２の導電型を示す半導体膜２０８についても、実施の形態１乃至実施の形態５に示す結晶性の高い微結晶半導体膜を採用するのが好適である。
【０１１８】
なお、本実施の形態では、光が基板２００の裏面側（図の下方）から入射する構成としているため、第２の導電型を示す半導体膜２０８の導電型（第２の導電型）をｎ型としているが、開示する発明の一形態はこれに限定されない。第１の導電型をｎ型とする場合には、第２の導電型がｐ型となる。
【０１１９】
上述の工程により、第１の導電型を示す半導体膜２０４、光電変換を奏する半導体膜２０６、第２の導電型を示す半導体膜２０８を有するユニットセル２１０が完成する。
【０１２０】
同一基板上に複数のユニットセルを形成するために、レーザ加工法によりユニットセル２１０及び第１の電極２０２を貫通する開口Ｃ０〜Ｃｎを形成する。当該工程により、第１の電極２０２が分割され、第１の電極Ｔ１〜Ｔｎとなる。また、ユニットセル２１０が分割され、ユニットセルＫ１〜Ｋｎとなる（図１６（Ｃ）参照）。
【０１２１】
開口Ｃ０、Ｃ２、Ｃ４、・・・Ｃｎ−２、Ｃｎは絶縁分離用の開口である。開口Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、・・・Ｃｎ−１は、第１の電極２０２及び後に形成される第２の電極の接続を形成するための開口である。第１の電極２０２及びユニットセル２１０が積層された状態でレーザ加工を行うことにより、加工時において、基板２００からの第１の電極２０２の剥離を防ぐことができる。
【０１２２】
次に、開口Ｃ０、Ｃ２、Ｃ４、・・・Ｃｎ−２、Ｃｎを充填しつつ、その開口の上端部を覆う絶縁樹脂層Ｚ０〜Ｚｎを形成する（図１６（Ｄ）参照）。絶縁樹脂層Ｚ０〜Ｚｎはスクリーン印刷法により、アクリル系、フェノール系、エポキシ系、ポリイミド系などの絶縁性のある樹脂材料を用いて形成すれば良い。例えば、フェノキシ樹脂にシクロヘキサン、イソホロン、高抵抗カーボンブラック、アエロジル、分散剤、消泡剤、レベリング剤を混合させた樹脂組成物を用い、スクリーン印刷法により開口Ｃ０、Ｃ２、Ｃ４、・・・Ｃｎ−２、Ｃｎを充填するように絶縁樹脂パターンを形成する。絶縁樹脂パターンを形成した後、１６０℃オーブン中にて２０分間熱硬化させ、絶縁樹脂層Ｚ０〜Ｚｎを得る。
【０１２３】
次に、第２の電極Ｅ０〜Ｅｎを形成する（図１７参照）。第２の電極Ｅ０〜Ｅｎは、金属などの導電性材料を用いて形成する。例えば、アルミニウム、銀、チタン、タンタルなどの光を反射しやすい材料を用いて形成することができる。光を反射しやすい材料を用いて形成する場合、光電変換を奏する半導体膜において吸収しきれなかった光を再度、光電変換を奏する半導体膜に入射させることができ、光電変換効率を向上させることが可能であるため、好適である。
【０１２４】
第２の電極Ｅ０〜Ｅｎの形成方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、塗布法、印刷法などがある。また、第２の電極Ｅ０〜Ｅｎは、１０ｎｍ乃至５００ｎｍ、望ましくは、５０ｎｍ乃至１００ｎｍの厚さで形成する。
【０１２５】
なお、本実施の形態では、光が基板２００の裏面側（図の下方）から入射する構成とするため、透光性を有しない材料を用いて第２の電極Ｅ０〜Ｅｎを形成しているが、第２の電極Ｅ０〜Ｅｎの構成はこれに限られない。例えば、第２の電極Ｅ０〜Ｅｎ側（図の上方）から光が入射する構成とする場合には、第２の電極Ｅ０〜Ｅｎは、第１の電極２０２に示す透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。
【０１２６】
それぞれの第２の電極Ｅ０〜Ｅｎは、開口Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、・・・Ｃｎ−１において第１の電極Ｔ１〜Ｔｎと接続するように形成する。すなわち開口Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、・・・Ｃｎ−１にも第２の電極Ｅ０〜Ｅｎを充填する。このようにして、例えば第２の電極Ｅ１は第１の電極Ｔ２と電気的に接続し、第２の電極Ｅｎ−１は第１の電極Ｔｎと電気的に接続する。すなわち、第２の電極は、隣接する第１の電極との電気的な接続を得ることができ、ユニットセルＫ１〜Ｋｎは直列に電気的な接続をする。
【０１２７】
なお、第２の電極Ｅ０〜Ｅｎに接するように、低抵抗な導電性材料からなる補助電極を形成しても良い。
【０１２８】
封止樹脂層２１２は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂を用いて形成する。封止樹脂層２１２は、第２の電極Ｅ０と第２の電極Ｅｎ上に開口部２１４、開口部２１６を形成する。当該開口部２１４、２１６において、第２の電極Ｅ０と第２の電極Ｅｎはそれぞれ、外部配線と接続する。
【０１２９】
以上のようにして、基板２００上に第１の電極Ｔｎ、ユニットセルＫｎ、及び第２の電極Ｅｎから成るユニットセルＵｎが形成される。また、第１の電極Ｔｎは隣接する第２の電極Ｅｎ−１と開口Ｃｎ−１において接続する。この結果、ｎ個のユニットセルが直列に接続する光電変換装置を作製することができる。第２の電極Ｅ０は、ユニットセルＵ１における第１の電極Ｔ１の取り出し電極となる。
【０１３０】
上述の方法で、結晶性の高い微結晶半導体膜を、光電変換を奏する半導体膜、第１の導電型を示す半導体膜、第２の導電型を示す半導体膜のいずれかに用いた光電変換装置を作製することができる。そして、これにより、光電変換装置の変換効率を高めることができる。なお、結晶性を高めた微結晶半導体膜は、光電変換を奏する半導体膜、第１の導電型を示す半導体膜、第２の導電型を示す半導体膜、のいずれかに用いられていれば良く、そのいずれに用いるかは適宜変更が可能である。また、上記半導体膜の複数に結晶粒の間の隙間の数が極めて少なく、その大きさが極めて小さく、且つ結晶性の高い微結晶半導体膜を用いる場合には、より効果的である。
【０１３１】
なお、本実施の形態では、一つのユニットセルを有する光電変換装置を示したが、適宜二つ以上のユニットセルを積層した、光電変換装置とすることができる。
【０１３２】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
【０１３３】
（実施の形態７）
図１８に、先の実施の形態で示した光電変換装置５０１を用いた太陽光発電システムの例を示す。充電制御回路５００は、一または複数の光電変換装置５０１から供給される電力を用いて、蓄電池５０２を充電する。また、蓄電池５０２が十分に充電されている場合には、光電変換装置５０１から供給される電力を負荷５０４に直接出力する。
【０１３４】
蓄電池５０２として電気二重層キャパシタを用いると、充電に化学反応を必要としないため、急速な充電が可能である。また、化学反応を利用する鉛蓄電池などに比べ、寿命を８倍程度、充放電効率を１．５倍程度に高めることができる。本実施の形態において示す太陽光発電システムは、照明、電子機器など、電力を使用する様々な負荷５０４に対して用いることができる。
【０１３５】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例１】
【０１３６】
本実施例では、高圧条件、または、アルゴン添加条件により、微結晶半導体膜の結晶性が向上する様子について、計算機シミュレーションを用いて確認した結果を示す。具体的には、異なる圧力、異なるガス種における水素ラジカルの密度を計算し、比較した結果を示す。なお、計算には、ＣＦＤ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製のマルチフィジックス解析ソフトウェアＣＦＤ−ＡＣＥ＋を用いた。
【０１３７】
計算における成膜装置のモデルとしては、平行平板容量結合型のＣＶＤ装置を想定した。成膜装置の構成の概略を図１９に示す。上部電極１０００（ＲＦ電極と呼んでもよい）は、コンデンサ１０１０を介して高周波電源１０２０に接続される。基板ステージとして機能する下部電極１００２は接地されている。
【０１３８】
計算により求められた水素ラジカル密度を図２０に示す。図２０において、横軸は上部電極からの距離（ｍ）を示し、縦軸は水素ラジカルの密度（ｍ−３）を示す。図２０から、高圧条件（５００Ｐａ、Ｈ２）の場合には、低圧条件（１００Ｐａ、Ｈ２）と比較して、水素ラジカル密度が高くなっていることが分かる。これは、高圧条件では、低圧条件と比較して、水素の衝突解離レートが向上することに起因するものである。
【０１３９】
また、水素のみの場合（１００Ｐａ、Ｈ２）と比較して、アルゴンを添加した混合ガス（１００Ｐａ、Ｈ２＋Ａｒ）では、水素ラジカル密度が高くなっていることが分かる。アルゴンを添加することにより水素分子密度は低下するため、水素の衝突解離レートは低下するが、気相中における以下の反応により、水素の分解が促進され、水素ラジカル密度が高まっているものと考察される。
Ａｒ＋＋Ｈ２→Ｈ＋＋Ｈ＋Ａｒ             （１）
ＡｒＨ＋＋Ｈ２→Ｈ３＋＋Ａｒ              （２）
Ｈ−＋ＡｒＨ＋→Ａｒ＋２Ｈ             （３）
ｅ＋ＡｒＨ＋→Ａｒ＋Ｈ               （４）
Ｈ−＋Ａｒ＋→Ａｒ＋Ｈ                 （５）
Ａｒ（４ｓ）＋Ｈ２→２Ｈ＋Ａｒ       （６）
Ａｒ（４ｐ）＋Ｈ２→２Ｈ＋Ａｒ       （７）
【０１４０】
水素ラジカル密度が高まることにより、水素ラジカル−水素ラジカルの反応が促進される。そして、当該反応による余剰エネルギーが放出され、反応表面では加熱の効果が生じる。例えば、当該反応が高次ラジカル（ＳｉＨｎ）ｘ（ｎ＝１、２、３）の表面で生じた場合、余剰エネルギーにより、高次ラジカルの結晶性が向上することになる。
【０１４１】
このように、水素ラジカル密度は、良好な結晶性を備える結晶核の生成に大きな影響を与える。上記計算の結果より、水素ラジカル密度を高めることで、微結晶半導体膜の結晶性が向上することが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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