(57)【要約】【課題】本発明は、多結晶シリコン層の製造方法を開示する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る多結晶シリコン層（２２）の製造方法は、非晶質シリコン層（２０）と金属混入層（３０）とをコンタクトした後、非晶質シリコン層（２０）を結晶化熱処理して多結晶シリコン層（２２）を製造することを特徴とする。本発明によれば、金属触媒の量を少なく導入しながらも、結晶化温度を低くすることができる多結晶シリコン層の製造方法を提供することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質シリコン層及び金属混入層（metal mixed layer）を互いに隣接するように形成した後に、前記非晶質シリコン層を金属誘導結晶化法で結晶化熱処理して多結晶シリコン層を製造することを特徴とする多結晶シリコン層の製造方法。
【請求項２】
非晶質シリコン層及び金属混入層を互いに隣接するように形成した後に、前記非晶質シリコン層を金属誘導結晶化法で結晶化熱処理して多結晶シリコン層を製造する方法であって、
（ａ）基板上に非晶質シリコン層を形成するステップと、
（ｂ）前記非晶質シリコン層上に金属混入層を形成するステップと、
（ｃ）前記非晶質シリコン層を結晶化熱処理するステップとを含むことを特徴とする多結晶シリコン層の製造方法。
【請求項３】
非晶質シリコン層及び金属混入層を互いに隣接するように形成した後に、前記非晶質シリコン層を金属誘導結晶化法で結晶化熱処理して多結晶シリコン層を製造する方法であって、
（ａ）基板上に金属混入層を形成するステップと、
（ｂ）前記金属混入層上に非晶質シリコン層を形成するステップと、
（ｃ）前記非晶質シリコン層を結晶化熱処理するステップとを含むことを特徴とする多結晶シリコン層の製造方法。
【請求項４】
前記金属混入層の金属が、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｓｂ、Ｐｄ、Ｃｕのうちのいずれか１つかまたは２つ以上を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の多結晶シリコン層の製造方法。
【請求項５】
前記金属混入層のマトリックスが、シリコン酸化物及びシリコン窒化物の一方または両方を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の多結晶シリコン層の製造方法。
【請求項６】
前記（ｂ）ステップにおいて、前記金属混入層に含まれる金属の濃度を制御することを特徴とする請求項２または３に記載の多結晶シリコン層の製造方法。
【請求項７】
前記金属混入層内における金属の濃度が均一になるようにしたことを特徴とする請求項２または３に記載の多結晶シリコン層の製造方法。
【請求項８】
前記金属混入層内における金属の濃度が、前記金属混入層の成長方向に向かって次第に増加するかまたは減少するようにしたことを特徴とする請求項２または３に記載の多結晶シリコン層の製造方法。
【請求項９】
前記金属混入層の上側、下側、または上下両側に金属非混入層（metal non-mixed layer）を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２または３に記載の多結晶シリコン層の製造方法。
【請求項１０】
前記金属非混入層が、シリコン酸化物及びシリコン窒化物の一方または両方を含むことを特徴とする請求項９に記載の多結晶シリコン層の製造方法。
【請求項１１】
非晶質シリコン層を金属誘導結晶化法で結晶化熱処理するための金属混入層（metal mixed layer）を形成する装置であって、
基板が配置される反応チャンバと、
前記反応チャンバに金属ソースガスを供給する金属ソースガス供給部と、
前記反応チャンバにマトリックスソースガスを供給するマトリックスソースガス供給部とを備えており、
前記金属ソースガス供給部が、
ソース物質が貯蔵されるソース物質貯蔵部と、
前記ソース物質をソースガス化させるソース物質蒸発部と、
運搬ガスを供給する運搬ガス供給部と、
前記ソース物質貯蔵部及び前記ソース物質蒸発部の間に設けられ、前記ソース物質蒸発部に供給されるソース物質の量を制御するソース物質供給部とを含むことを特徴とする金属混入層形成装置。
【請求項１２】
プラズマ発生のための電源が印加される上部電極、及び前記基板が載置される下部電極をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の金属混入層形成装置。
【請求項１３】
前記反応チャンバと前記金属ソースガス供給部とが金属ソースガス供給管を介して連結されており、該金属ソースガス供給管上にヒーティング装置が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の金属混入層形成装置。
【請求項１４】
前記金属ソースガス供給部が、前記ソース物質蒸発部に残留した前記ソース物質を排出するソース物質排出部をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の金属混入層形成装置。
【請求項１５】
前記ソース物質供給部が、
本体と、
前記本体の内部に回転可能に設けられた回転供給台と、
前記回転供給台に形成された充填部と、
前記本体の内部を上下に区分する隔離板と、
前記充填部に対応するように前記隔離板に形成された供給ホールとを含んでおり、
外部から供給される前記ソース物質を前記充填部に充填した後に、前記回転供給台を所定の角度回転させて前記充填部が前記供給ホールの上側に位置させ、前記充填部に充填されている前記ソース物質を前記供給ホールを介して落下させて前記ソース物質蒸発部に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の金属混入層形成装置。
【請求項１６】
前記金属ソースガス供給部が、前記回転供給台が回転したか否かをチェックする第１センサをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の金属混入層形成装置。
【請求項１７】
前記金属ソースガス供給部が、前記ソース物質が落下したか否かをチェックする第２センサをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の金属混入層形成装置。
【請求項１８】
前記金属ソースガス供給部が、前記ソース物質蒸発部から前記ソース物質供給部へのソースガスの逆流を防止する逆流防止ガス供給部をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の金属混入層形成装置。
【請求項１９】
前記供給ホールが、ソース物質供給管に対して所定の角度をなして配されていることを特徴とする請求項１５に記載の金属混入層形成装置。
【請求項２０】
前記ソース物質排出部が、
前記ソース物質蒸発部の内部に上下反転可能に設けられたソース物質受け台と、
前記ソース物質受け台の一端に連結された反転アクチュエータと、
前記ソース物質蒸発部から排出される前記ソース物質を保管するソース物質保管筒とを含んでおり、
前記反転アクチュエータの動作により前記ソース物質受け台を反転させることによって、前記ソース物質受け台上の前記ソース物質を前記ソース物質保管筒に移動させるように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の金属混入層形成装置。
【請求項２１】
前記金属ソースガス供給部が、
前記ソース物質受け台に形成され、かつ内側に前記ソース物質ヒータが挿入される管状のヒータ連結軸をさらに含んでおり、
前記ヒータ連結軸が、前記反転アクチュエータの回転軸と同軸上に配置されていることを特徴とする請求項２０に記載の金属混入層形成装置。
【請求項２２】
前記金属ソースガス供給部が、前記反転アクチュエータが回転したか否かをチェックする第３センサをさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の金属混入層形成装置。
【請求項２３】
前記金属ソースガス供給部が、
前記ソース物質受け台に連動して開閉されるゲートバルブと、
前記ゲートバルブに連結された空圧シリンダとをさらに含んでおり、
前記ソース物質受け台の反転時に前記空圧シリンダが前記ゲートバルブを開放することにより、前記ソース物質を排出するように構成されていることを特徴とする請求項２０に記載の金属混入層形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶シリコン層の製造方法及びこのための金属混入層形成装置に関する。より詳細には、本発明は、金属誘導結晶化方法を用いて非晶質シリコン層を結晶化するにあたり、金属触媒の導入量を少なくすることができ、かつ結晶化温度を低くすることができる多結晶シリコン層の製造方法及びこのための金属混入層形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display；ＬＣＤ）、有機発光ディスプレイ（Organic Light Emitting Display；ＯＬＥＤ）などに用いられる薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；ＴＦＴ）は、大別して、非晶質シリコンＴＦＴと、多結晶シリコンＴＦＴとに分けられる。
【０００３】
ＴＦＴの特性は、電子移動度の値で評価するが、非晶質シリコンＴＦＴの電子移動度は約１ｃｍ２／Ｖｓ、多結晶シリコンＴＦＴの電子移動度は約１００ｃｍ２／Ｖｓ程度となるため、高性能のＬＣＤには多結晶シリコンＴＦＴを採用することが好ましい。
【０００４】
多結晶シリコンＴＦＴの製造時に重要なのは、非晶質シリコン層を結晶化させる工程である。特に、結晶化温度を低くすることが好ましいが、結晶化温度が高すぎると、ＴＦＴの製造時に溶融点が低いガラス基板を使用することができないため、ＴＦＴの製造コストが過度に上昇するという問題があった。このようなガラス基板を使用する可能性を考えて、これまで低温で短時間内に多結晶シリコン層を形成することができる多様な工程が提案されてきた。
【０００５】
なかでも、金属誘導結晶化（Metal Induced Crystallization；ＭＩＣ）法は、非晶質シリコンにＮｉ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属触媒を塗布して低い温度で結晶化を誘導する方法であって、低い温度で結晶化が可能であるという利点があるが、活性化領域に含まれる相当量の金属により、リーク電流が大きく増加するという欠点があった。
【０００６】
このように、ＭＩＣ法は、ＴＦＴの製造時、非晶質シリコンの結晶化温度を低くし、ガラス基板の使用が可能であるという利点があるのに対し、金属汚染によってＴＦＴの特性を低下させるという欠点もあるため、できる限り金属触媒の量を少なく導入しながら、結晶化温度を低くすることが最も好ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、上記の従来技術の問題を解決するためになされたものであって、金属誘導結晶化方式を用いて非晶質シリコン層を結晶化するにあたり、金属触媒の導入量を少なくすることができ、かつ結晶化温度を低くすることができる、金属混入層を用いた多結晶シリコン層の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、非晶質シリコン層を金属誘導結晶化するための金属混入層の形成時に、反応チャンバに供給される金属ソースガスの量を正確に制御することができる金属混入層形成装置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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る多結晶シリコン層の製造方法は、非晶質シリコン層と金属混入層（metal mixed layer）とをコンタクトした後、前記非晶質シリコン層を金属誘導結晶化熱処理して多結晶シリコン層を製造することを特徴とする。
【００１０】
そして、上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る金属混入層形成装置は、非晶質シリコン層を金属誘導結晶化熱処理するための金属混入層（metal mixed layer）を形成する装置であって、基板が配置される反応チャンバと、前記反応チャンバに金属ソースガスを供給する金属ソースガス供給部と、前記反応チャンバにマトリックスソースガスを供給するマトリックスソースガス供給部とを備え、前記金属ソースガス供給部は、ソース物質が貯蔵されるソース物質貯蔵部と、前記ソース物質をソースガス化させるソース物質蒸発部と、運搬ガスを供給する運搬ガス供給部と、前記ソース物質貯蔵部と前記ソース物質蒸発部との間に設けられ、前記ソース物質蒸発部に供給されるソース物質の量を調整するソース物質供給部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、金属誘導結晶化方式により非晶質シリコン層を結晶化するにあたり、金属混入層を用いて金属触媒の量を少なく導入しながらも、結晶化温度を低くすることができるという効果を有する。
【００１２】
また、本発明によれば、非晶質シリコンを金属誘導結晶化するための金属混入層の形成時に、反応チャンバに供給される金属ソースガスの量を正確に制御することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態により基板上に非晶質シリコン層が形成されている様子を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態により非晶質シリコン層上に金属混入層が形成されている様子を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態により金属の濃度が調整された金属混入層の様子を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態により非晶質シリコン層が多結晶シリコン層に変化した様子を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態により金属混入層の上部、下部、または上部及び下部に金属非混入層が形成されている様子を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態により金属混入層上に非晶質シリコン層が形成されている様子を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る金属混入層形成装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る金属ソースガス供給部の構成を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る金属ソースガス供給部のソース物質貯蔵部の一例を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る金属ソースガス供給部のソース物質貯蔵部の他の例を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る金属ソースガス供給部のソース物質供給部の構成を示す分解斜視図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る金属ソースガス供給部のソース物質供給部の構成を示す部分断面斜視図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る金属ソースガス供給部のソース物質蒸発部及びソース物質排出部の構成を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る金属ソースガス供給部のソース物質蒸発部及びソース物質排出部の構成を示す分解斜視図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る金属ソースガス供給部のソース物質蒸発部及びソース物質排出部の構成を示す断面図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る金属ソースガス供給部のソース物質供給部の動作を示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態に係る金属ソースガス供給部のソース物質供給部の動作を示す図である。
【図１８】本発明の一実施形態に係る金属ソースガス供給部のソース物質供給部の動作を示す図である。
【図１９】本発明の一実施形態に係る金属ソースガス供給部のソース物質供給部の動作を示す図である。
【図２０】本発明の他の実施形態に係るソース物質供給部の構成を示す断面図である。
【図２１】本発明の一実施形態に係る多結晶シリコン層の製造方法により製造された多結晶シリコン層の波長による反射度の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
後述する本発明に関する詳細な説明は、本発明が実施できる特定の実施形態を例示として示す添付図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるのに十分になるように詳細に説明される。本発明の多様な実施形態は互いに異なるが、相互排他的である必要はないことが理解されなければならない。例えば、ここに記載されている特定の形状、構造、及び特性は、一実施形態に関連して本発明の精神及び範囲を逸脱しない範囲内で他の実施形態で実現可能である。また、各々の開示された実施形態内の個別構成要素の位置または配置は、本発明の精神及び範囲を逸脱しない範囲内で変更可能であることが理解されなければならない。したがって、後述する詳細な説明は限定的な意味として受け止めるものではなく、本発明の範囲は、適切に説明されると、その請求項が主張するのと均等なすべての範囲とともに、添付した請求項によってのみ限定される。図面において、類似の参照符号は様々な側面にわたって同一または類似の機能を指し示し、長さ及び面積、厚さなどとその形態は、便宜のために誇張して表現されることもある。
【００１５】
以下では、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できるようにするために、本発明の好ましい実施形態について、添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
多結晶シリコン層の製造方法
【００１７】
本発明では、非晶質シリコン層２０及び金属混入層３０を互いに隣接するように形成した後に、非晶質シリコン層２０を結晶化熱処理することを構成上の特徴とする。非晶質シリコン層２０及び金属混入層３０を互いに隣接するように形成する際は、図３に示すように非晶質シリコン層２０上に金属混入層３０を隣接形成してもよいし、図６に示すように金属混入層３０上に非晶質シリコン層２０を隣接形成してもよい。なお、どちらの場合も、非晶質シリコン層２０が結晶化されるメカニズムは実質的に同一であるため、以下では、非晶質シリコン層２０上に金属混入層３０を隣接形成した後に結晶化熱処理する場合についてのみ説明する。金属混入層３０上に非晶質シリコン層２０を隣接形成した後に結晶化熱処理する場合については説明されていないが、この場合も、以下で説明される非晶質シリコン層２０上に金属混入層３０を隣接形成した後に結晶化熱処理する方法が同様に適用可能であることを理解されたい。
【００１８】
図１〜図７は、本発明の一実施形態に係る多結晶シリコン層２２の製造方法を説明するための図である。
【００１９】
図１では、基板１０上に非晶質シリコン層２０が形成されている様子を示している。
【００２０】
図１を参照すると、基板１０上に非晶質シリコン層２０を形成する。
【００２１】
本発明で用いられる基板１０の種類は、特に限定されず、サファイア、ステンレススチール、プラスチックなど、多様な種類の基板１０が使用可能である。太陽電池などに用いられる透明な基板１０、例えば、ガラス基板１０を使用することが好ましい。
【００２２】
非晶質シリコン層２０は、物理気相蒸着法（Physical Vapor Deposition：ＰＶＤ）を用いて形成することもできるが、化学気相蒸着法（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）を用いて形成することが好ましい。特に、様々な化学気相蒸着法の中でも、プラズマ化学気相蒸着法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition：ＰＥＣＶＤ）を用いて形成することが好ましい。プラズマ化学気相蒸着法を用いる場合、比較的低温でも速やかに非晶質シリコン層２０を形成することができるという利点がある。
【００２３】
非晶質シリコン層２０をプラズマ化学気相蒸着法を用いて形成する過程及びこのためのプラズマ化学気相蒸着装置の構成は公知の技術であるため、本明細書において、これに関する詳細な説明は省略する。
【００２４】
一方、本発明において、基板１０上に形成される非晶質シリコン層２０の厚さは特に限定されない。したがって、本発明が利用される目的により、非晶質シリコン層２０の厚さは多様に変更可能である。
【００２５】
図２は、非晶質シリコン層２０上に金属混入層３０を形成した状態を示す。
【００２６】
図２を参照すると、非晶質シリコン層２０上に金属混入層３０を形成する。ここで、金属混入層３０は、連続相であるマトリックス物質内に金属３２が分散している層を意味することができる。
【００２７】
金属混入層３０に含まれる金属３２は、後述する結晶化熱処理工程時に、非晶質シリコン層２０が低温で結晶化されるようにすることができる。このような金属３２の種類は、特に限定されないが、好ましくは、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｓｂ、Ｐｄ、Ｃｕのうちのいずれか１つかまたはこれらの任意の組み合わせであり得る。
【００２８】
金属混入層３０をなす物質、すなわち、マトリックス３４は、後述する結晶化熱処理工程時に、金属３２が非晶質シリコン層２０の内部に拡散することを抑制させる機能を果たすことができる。このマトリックス３４の種類は、特に限定されないが、好ましくは、シリコン酸化物（例えば、ＳｉＯＸ）及びシリコン窒化物（例えば、ＳｉＮＸ）の一方または両方を含むもの（例えば、Ｓｉ（ＯＮ）Ｘ）であり得る。
【００２９】
金属混入層３０を形成するために、スパッタリング法（sputtering）のような物理気相蒸着法が用いられてもよいが、化学気相蒸着法が用いられることが好ましい。このように化学気相蒸着法が用いられるのは、金属混入層３０の厚さまたは金属３２の分布などを制御することが容易であるからである。化学気相蒸着法で金属混入層３０を形成する場合、金属混入層３０を構成する物質のソース（原料）ガスとしては多様な物質が使用できるが、好ましくは、次のような物質が使用可能である。
【００３０】
まず、金属混入層３０に含まれる金属３２がＮｉの場合、Ｎｉのソースガスとしては、Ｎｉ（ｃｐ）２［ビス（シクロペンタジエニル）ニッケル；ニッケロセン］またはＮｉ（ｄｍａｍｂ）２［ニッケルジメチルアミノメチルブタノエート］のうちのいずれか１つが使用可能である。また、金属混入層３０に含まれるマトリックス３４がシリコン酸化物の場合、シリコンのソースガスとしてはＳｉＨ４ガスが、酸化物のソースガスとしてはＯ２またはＮ２Ｏガスが使用可能である。また、金属混入層３０に含まれるマトリックス３４がシリコン窒化物の場合、シリコンのソースガスとしてはＳｉＨ４ガスが、窒化物のソースガスとしてはＮ２またはＮＨ３ガスが使用可能である。
【００３１】
様々な化学気相蒸着法の中でも、特に、プラズマ化学気相蒸着法が本発明の金属混入層３０を形成するために利用できる。前述したように、プラズマ化学気相蒸着法を用いると、比較的低温でも速やかに金属混入層３０を形成することができるという利点がある。
【００３２】
金属混入層３０をプラズマ化学気相蒸着法を用いて形成する過程及びこのための金属混入層形成装置の構成は、図７〜図２０を参照した以下の説明によってより明確に理解されるはずである。
【００３３】
一方、本発明の用途に応じて、金属混入層３０内における金属３２の濃度は、多様に制御できる。より具体的には、金属混入層３０内における金属３２の濃度は、高くまたは低く制御できる。また、金属混入層３０内における金属３２の濃度は、均一に制御されてもよく、金属混入層３０の成長方向に向かって次第に増加するかまたは減少するように制御されてもよい。
【００３４】
図３は、金属３２ａ、３２ｂ、３２ｃの濃度が制御された金属混入層３０ａ、３０ｂ、３０ｃの様子を示す図である。
【００３５】
図３（ａ）は、金属３２ａの濃度が均一に制御された金属混入層３０ａの様子を示す図である。金属混入層３０ａ内における金属３２ａの濃度を均一にするために、金属混入層３０ａの形成の進行中は、図７の金属ソースガス供給部Ｂを介して供給される金属３２ａのソースガスの量を一定に維持する。
【００３６】
図３（ｂ）は、金属３２ｂの濃度が金属混入層３０ｂの成長方向に向かって次第に増加するように制御された金属混入層３０ｂの様子を示す図である。金属混入層３０ｂ内における金属３２ｂの濃度を金属混入層３０ｂの成長方向に向かって次第に増加させるために、金属混入層３０ｂの形成が進むにつれ、プラズマ化学気相蒸着装置の反応チャンバに供給される金属３２ｂのソースガスの量を増加させる。
【００３７】
図３（ｃ）は、金属３２ｃの濃度が金属混入層３０ｃの成長方向に向かって次第に減少するように制御された金属混入層３０ｃの様子を示す図である。金属混入層３０ｃ内における金属３２ｃの濃度を金属混入層３０ｃの成長方向に向かって次第に減少させるために、金属混入層３０ｃの形成が進むにつれ、プラズマ化学気相蒸着装置の反応チャンバに供給される金属３２ｃのソースガスの量を減少させる。
【００３８】
一方、本発明において、非晶質シリコン層２０上に形成される金属混入層３０の厚さは特に限定されない。したがって、本発明が利用される目的により、金属混入層３０の厚さは多様に変更可能である。
【００３９】
図４は、非晶質シリコン層２０が多結晶シリコン層２２に変化した様子を示している。
【００４０】
図４を参照すると、非晶質シリコン層２０を熱処理して結晶化する。これにより、図６に示すように、金属混入層３０の金属３２が非晶質シリコン層２０の内部に拡散し、非晶質シリコン層２０が多結晶シリコン層２２に変化する。
【００４１】
このとき、熱処理温度は、約５００〜７００℃の範囲であることが好ましい。また、熱処理雰囲気は、不活性ガス雰囲気、還元性ガス雰囲気、酸化性ガス雰囲気のうちのいずれか１つまたはこれらの任意の組み合わせであることが好ましい。ここで、不活性ガスとしてはＡｒ、Ｎ２などが、還元性ガスとしてはＨ２、ＮＨ３などが、酸化性ガスとしてはＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｈ２Ｏ、オゾンなどが使用可能である。
【００４２】
金属混入層３０の金属３２はシード（seed）であって、非晶質シリコン層２０の内部に拡散し、低い温度でも結晶化を促進させる役割を果たす。このとき、非晶質シリコン層２０の内部に拡散する金属３２は金属汚染を誘発させて太陽電池の特性を低下させるため、できる限り少量の金属３２が非晶質シリコン層２０の内部に拡散するようにしながらも、効率的に結晶化を促進させることが必要である。
【００４３】
本発明によれば、非晶質シリコン層２０上に金属混入層３０を形成した後に結晶化熱処理することにより、少量の金属３２のみが非晶質シリコン層２０の内部に拡散するようにすることができ、このことにより、効率的に結晶化を促進させることができる。以下、これについてより詳細に説明する。
【００４４】
金属混入層３０の金属（例えば、Ｎｉ；３２）は結晶化熱処理が進むにつれ、非晶質シリコン層２０に向かって拡散する。このとき、金属混入層３０の金属３２は、非晶質シリコン層２０の内部に直接拡散する前に、金属混入層３０のマトリックス（例えば、ＳｉＯＸ；３４）を経て拡散するが、金属混入層３０のマトリックス３４は金属３２の拡散を抑制させる。したがって、このようなマトリックス３４の拡散抑制効果を利用して、金属混入層３０に含まれる金属３２の濃度及び分布などを適切に制御すると、金属３２の非晶質シリコン層２０の内部への拡散を制御することができる。
【００４５】
ここで、金属３２の非晶質シリコン層２０の内部への拡散を制御するというのは、非晶質シリコン層２０の内部に拡散する金属３２の量を制御するだけでなく、非晶質シリコン層２０の内部で金属３２が拡散する経路を制御することを含めて意味することができる。例えば、前述したように、金属混入層３０内における金属３２の濃度を少なくして、非晶質シリコン層２０の内部に拡散する金属３２の量が少なくなるように制御することができ、金属混入層３０内における金属３２の濃度を均一に、あるいは、金属混入層３０の成長方向に向かって次第に増加するかまたは減少するように制御することにより、非晶質シリコン層２０の内部で金属３２が拡散する経路を制御することができる。
【００４６】
このようにして、非晶質シリコン層２０上に金属混入層３０を形成した後に結晶化熱処理することにより、非晶質シリコン層２０の内部に拡散する金属３２の量及び経路を制御することができるため、少量の金属３２が非晶質シリコン層２０の内部に拡散するようにしながらも、効率的に結晶化を促進させることができる。
【００４７】
図５は、金属混入層３０の上側、下側または上下両側に金属非混入層４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ）を形成した状態を示す。
【００４８】
図５を参照すると、金属混入層３０に隣接する金属非混入層４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄをさらに形成することができる。より具体的には、図５（ａ）に示すように、金属混入層３０の上側に金属非混入層４０ａが形成されてもよく、図５（ｂ）に示すように、金属混入層３０の下側に金属非混入層４０ｂが形成されてもよく、図５（ｃ）に示すように、金属混入層３０の上下両側に金属非混入層４０ｃ、４０ｄが形成されてもよい。
【００４９】
ここで、金属非混入層４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄとは、金属３２が混入しない層を意味することができる。金属非混入層４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、金属混入層３０のマトリックス３４と同様に金属３２の拡散を抑制する機能を果たす。このような意味から、金属非混入層４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、金属混入層３０のマトリックス３４と同じ物質で構成できる。例えば、金属非混入層４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、シリコン酸化物（例えば、ＳｉＯＸ）、シリコン窒化物（例えば、ＳｉＮＸ）、またはこれらをすべて含む物質（例えば、Ｓｉ（ＯＮ）Ｘ）で構成できる。
【００５０】
金属非混入層４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを形成するために、スパッタリング法のような物理気相蒸着法が用いられてもよいが、化学気相蒸着法が用いられることが好ましい。特に、様々な化学気相蒸着法の中でも、プラズマ化学気相蒸着法が利用できる。
【００５１】
プラズマ化学気相蒸着法で金属非混入層４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを形成する場合、金属混入層３０と金属非混入層４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、１つの反応チャンバでインサイチュー（in-situ）で形成されることができる。例えば、プラズマ化学気相蒸着装置を用いて、Ｎｉ及びＳｉＯＸで構成された金属混入層３０上にＳｉＯＸで構成された金属非混入層４０ａを形成する場合、１つの反応チャンバ内で非晶質シリコン層２０上にＮｉ（ｃｐ）２ガス、ＳｉＨ４ガス、及びＯ２ガスを供給して、Ｎｉ及びＳｉＯＸで構成された金属混入層３０を形成し、その後継続的にＳｉＨ４ガス及びＯ２ガスを供給して、ＳｉＯＸで構成された金属非混入層４０ａを形成することができる。
【００５２】
このように、金属混入層３０のマトリックス３４とともに、金属３２の拡散を抑制する機能を果たす金属非混入層４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄをさらに形成することにより、非晶質シリコン層２０の内部に拡散する金属３２の量及び経路をより効果的に制御することができる。
【００５３】
金属混入層形成装置
【００５４】
図７は、本発明の一実施形態に係る金属混入層形成装置の様子を示す図である。
【００５５】
本発明において、基板１０上に金属混入層３０を形成するというのは、半導体分野で一般的に用いられる基板１０そのものに金属混入層を形成する場合のみならず、基板１０上に形成された非晶質シリコン層２０上に金属混入層３０を形成する場合を含めた意味であることを明らかにする。
【００５６】
図７を参照すると、本発明の一実施形態に係る金属混入層形成装置は、反応チャンバＡを備えて構成される。反応チャンバＡは、工程が行われている間、実質的に内部空間が密閉するように構成され、基板１０上に金属混入層３０を形成するための空間を提供する機能を果たすことができる。この反応チャンバＡは、最適な工程条件を維持するように構成され、形態は四角形または円形の形態で製造できる。
【００５７】
本発明の一実施形態に係る金属混入層形成装置は、金属ソースガス供給部Ｂを備えて構成できる。金属ソースガス供給部Ｂは、反応チャンバＡに金属ソースガスを供給する機能を果たすことができる。金属ソースガスは、金属混入層３０に含まれる金属の種類によって多様な金属ソースガスが使用可能である。例えば、金属混入層３０に含まれる金属がＮｉの場合、金属ソースガスとしては、Ｎｉ（ｃｐ）２［ビス（シクロペンタジエニル）ニッケル；ニッケロセン］またはＮｉ（ｄｍａｍｂ）２［ニッケルジメチルアミノメチルブタノエート］のうちのいずれか１つが使用可能である。
【００５８】
前述したように、金属ソースガス供給部Ｂは、供給される金属ソースガスの量を正確に制御するために、ソース物質貯蔵部２００とソース物質蒸発部３００との間に設けられ、ソース物質蒸発部３００に供給されるソース物質の量を制御するソース物質供給部５００を備えて構成できる。これらの構成に関する詳細な説明は後述する。
【００５９】
反応チャンバＡと金属ソースガス供給部Ｂとは、金属ソースガス供給管Ｂ´を介して連結されていてよい。このような金属ソースガス供給管Ｂを介して、金属ソースガスは、金属ソースガス供給部Ｂから反応チャンバＡに移動することができる。
【００６０】
図７に示していないが、金属ソースガス供給管Ｂ´上にはヒーティング装置が設置できる。ヒーティング装置は、反応チャンバＡに移動する金属ソースガスの温度を所定の温度以上に維持させることにより、金属ソースガスが固体化して金属ソースガス供給管Ｂ´にくっつくことを最小化する機能を果たすことができる。移動する金属ソースガスを一定の温度で維持できれば、ヒーティング装置の構成は、いかなる特別な構成に限定されず、公知の様々なヒーティング装置が本発明の金属ソースガス供給管２４に採用可能である。
【００６１】
本発明の一実施形態に係る金属混入層形成装置は、マトリックスソースガス供給部Ｃを備えて構成できる。マトリックスソースガス供給部Ｃは、金属混入層３０に含まれるマトリックスのソースガスを反応チャンバＡに供給する機能を果たすことができる。
【００６２】
マトリックスソースガスとしては、金属混入層３０に含まれるマトリックスの種類によって多様なソースガスが使用可能である。例えば、金属混入層３０に含まれるマトリックスがシリコン酸化物（例えば、ＳｉＯＸ）の場合、マトリックスソースガスとしては、ＳｉＨ４ガス及びＯ２ガスが使用可能である。また、金属混入層３０に含まれるマトリックスがシリコン窒化物（例えば、ＳｉＯＸ）の場合、マトリックスソースガスとしては、ＳｉＨ４ガス及びＮ２ガスが使用可能である。
【００６３】
反応チャンバＡとマトリックスソースガス供給部Ｃとは、マトリックスソースガス供給管Ｃ´を介して連結されていてよい。このようなマトリックスソースガス供給管Ｃ´を介して、マトリックスソースガスは、マトリックスソースガス供給部Ｃから反応チャンバＡに移動することができる。マトリックスソースガス供給管Ｃ´上には、金属ソースガス供給管Ｂ´と類似するように、反応チャンバＡに移動するマトリックスソースガスの温度を所定の温度以上に維持させる機能を果たすヒーティング装置（図示せず）が設置できる。
【００６４】
図７に示していないが、本発明の金属混入層形成装置は、基板ヒータ（図示せず）をさらに備えて構成できる。基板ヒータは、基板１０上に金属混入層３０が円滑に形成されるように、基板１０に熱を印加する機能を果たすことができる。好ましくは、基板ヒータは、基板１０の温度を１００〜３００℃の温度まで上昇させ、この温度が継続的に維持されるようにすることができる。基板ヒータの種類は、特に限定されず、基板１０に熱を印加できるもの（例えば、熱線の材質がタングステンであるハロゲンランプまたは一般的なカンタル（kanthal）ヒータ）であれば、本発明の基板ヒータとして採用可能である。
【００６５】
本発明の金属混入層形成装置は、プラズマ発生のための電源が印加される上部電極Ｄ、及び基板１０が載置される下部電極Ｅをさらに備えて構成できる。
【００６６】
本発明の金属混入層形成装置は、プラズマの電子密度分布を均一に維持できるようにする補助ガス（アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などのガス）を供給するための補助ガス供給部Ｆをさらに備えて構成できる。補助ガスを供給するために、補助ガス供給部Ｆは、補助ガス供給管Ｆ´を介して反応チャンバＡと連結可能である。
【００６７】
以下では、図７の金属混入層形成装置を用いて、非晶質シリコン層２０上にＮｉ及びＳｉＯＸで構成された金属混入層３０を形成する方法について説明する。
【００６８】
まず、金属ソースガス供給部Ｂを介してＮｉ（ｃｐ）２ガスが反応チャンバＡ内に供給される。また、マトリックスソースガス供給部Ｃを介してＳｉＨ４ガス及びＯ２ガスが反応チャンバＡ内に供給される。また、補助ガス供給部Ｆを介してＡｒガスが反応チャンバＡ内に供給される。その後、高周波電源が上部電極Ｄに印加されることにより、自由電子（図示せず）が上部電極Ｄと下部電極Ｅとの間を往復しながら供給されたガスと衝突し、Ｓｉイオン、Ｏ２イオン、及びＮｉイオンを含むプラズマを生成させる。このとき、基板１０の表面温度は、基板ヒータ（図示せず）により約１００℃〜３００℃の温度に維持されることができ、このように生成されたプラズマが非晶質シリコン層２０の表面で反応して、Ｎｉ及びＳｉＯＸで構成された金属混入層３０を形成する。
【００６９】
一方、図７の金属混入層形成装置を用いて、金属混入層３０のみならず、前述した金属非混入層４０をインサイチューで形成することもできる。以下では、本発明の一実施形態によりＮｉ及びＳｉＯＸで構成された金属混入層３０上にＳｉＯＸで構成された金属非混入層４０をインサイチューで形成する方法について説明する。
【００７０】
まず、反応チャンバＡ内に配置された非晶質シリコン層２０上に、金属ソースガス供給部Ｂを介してＮｉ（ｃｐ）２ガスを、マトリックスソースガス供給部Ｃを介してＳｉＨ４ガス及びＯ２ガスを供給して、Ｎｉ及びＳｉＯＸで構成された金属混入層３０を形成する。その後、金属ソースガス供給部Ｂでは、Ｎｉ（ｃｐ）２ガスの供給は中断され、マトリックスソースガス供給部Ｃでは、ＳｉＨ４ガス及びＯ２ガスの供給を継続し、ＳｉＯＸで構成された金属非混入層４０を形成する。
【００７１】
また、本発明の金属混入層形成装置は、シャワーヘッド方式の上部電極Ｄを採用することによって、金属混入層３０を形成するための反応ガス、すなわち、金属ソースガス、マトリックスソースガス、及び補助ガスなどをチャンバＡ内に供給するようにすることもできる。この場合、例えば、上部電極Ｄには反応ガスを均一に噴射できるようにする複数のホール（図示せず）がさらに形成される。シャワーヘッド方式で反応ガスを噴射するようにすると、非晶質シリコン層２０上により均一に反応ガスが噴射可能であり、結果的に、より均一な金属混入層３０が形成されることができる。
【００７２】
シャワーヘッド方式の上部電極Ｄを採用する場合、本発明の金属混入層形成装置は、金属ソースガス供給管Ｂ´、マトリックスソースガス供給管Ｃ´、及び補助ガス供給管Ｆ´と連結され、上部電極Ｄに金属ソースガス、マトリックスソースガス、及び補助ガスが流れるように通路の役割を果たす反応ガス供給管（図示せず）がさらに設けられる。
【００７３】
図８は、本発明の一実施形態に係る金属ソースガス供給部Ｂの構成を示す図である。
【００７４】
図８を参照すると、本発明の一実施形態に係る金属ソースガス供給部Ｂは、ソース物質貯蔵部２００と、ソース物質蒸発部３００と、ソース物質排出部４００と、ソース物質供給部５００と、運搬ガス供給部６００と、逆流防止ガス供給部７００とを備えて構成できる。
【００７５】
ソース物質貯蔵部２００、ソース物質供給部５００、及びソース物質蒸発部３００は、ソース物質供給管２５０を介して上から下方向に配置されており、ソース物質は、ソース物質貯蔵部２００からソース物質供給部５００に、ソース物質供給部５００からソース物質蒸発部３００に自由落下の過程により供給可能である。ソース物質蒸発部３００に残留するソース物質は、ソース物質排出部４００を介して自由落下の過程により排出できる。
【００７６】
図９は、ソース物質貯蔵部２００の一例を示す図である。
【００７７】
図９を参照すると、ソース物質貯蔵部２００は、ソース物質を貯蔵することができるように、所定の内部容積を有する容器で構成できる。ソース物質は、金属ソースガスのソース物質、例えば、固体状態のＮｉ（ｃｐ）２であり得る。ソース物質貯蔵部２００は、外部の異質が侵入したり内部のソース物質が流出したりしないように、強固に作製されることが好ましい。ソース物質貯蔵部２００の材質は、ステンレススチールを含むことができる。
【００７８】
ソース物質貯蔵部２００には、ソース物質貯蔵部２００にパージガスを供給するパージガス供給管２１０が設置できる。パージガス供給管２１０を介して、ソース物質貯蔵部２００内の雰囲気を維持するためのパージガスが供給可能である。
【００７９】
ソース物質貯蔵部２００の一側には、ソース物質貯蔵部２００の内部を観察可能な第１監視窓（図示せず）が設置できる。第１監視窓は、ソース物質貯蔵部２００内のソース物質の量とソース物質の状態を目視確認できるようにする。
【００８０】
ソース物質供給管２５０は、ソース物質貯蔵部２００とソース物質蒸発部３００とを連結して、ソース物質貯蔵部２００に貯蔵されているソース物質がソース物質蒸発部３００に供給できるようにする。
【００８１】
図８をさらに参照すると、ソース物質供給管２５０にはバルブＶが連結できる。バルブＶは、金属ソースガス供給部Ｂの整備作業時にソース物質貯蔵部２００からソース物質供給部５００へのソース物質の供給を断続する役割や、ソース物質供給部５００からソース物質蒸発部３００に定量のソース物質がソース物質蒸発部３００に供給された後に追加のソース物質が供給されないようにソース物質供給管２５０を完全に閉鎖する役割を果たすことができる。
【００８２】
ソース物質供給管２５０には第２監視窓２６０が設置できる。第２監視窓２６０は、バルブＶの下段に設けられ、ソース物質がバルブＶを通過してソース物質供給部５００に供給されることを確認することができる。第２監視窓２６０の材質は、石英を含むことができる。
【００８３】
ソース物質供給部５００とソース物質蒸発部３００とを連結するソース物質供給管２５０上には、冷却ユニット２７０が設置できる。冷却ユニット２７０は、ソース物質蒸発部３００で金属ソースガスを発生させるために印加された熱が、ソース物質供給管２５０を介してソース物質供給部５００に伝達されることを防止する役割を果たすことができる。
【００８４】
図１０は、ソース物質貯蔵部２００の他の例を示す図である。
【００８５】
図１０を参照すると、ソース物質貯蔵部２００の内側には、所定の目の大きさを有する濾過部２２０が配置される。濾過部２２０は、一定の目の大きさを有するメッシュ（mesh）を使用することが好ましい。濾過部２２０の材質は、鉄またはアルミニウムを含むことができる。濾過部２２０は、外部から供給されたソース物質のうち、所定の大きさ、すなわち、メッシュの目より小さいソース物質のみが、後述するソース物質蒸発部３００に供給されるようにする。濾過部２２０は、供給されるソース物質の大きさを所定以下に制限することにより、ソース物質の粒子の大きさの不均一により、後述するソース物質供給管２５０が詰まる現象を防止することができる。濾過部２２０の濾過効果を向上させるために、濾過部２２０は複数個配置されてもよく、この場合、各濾過部の目の大きさは互いに異なるようにすることができる。
【００８６】
図１１及び図１２は、本発明の一実施形態に係る金属ソースガス供給部Ｂのソース物質供給部５００の構成を示す分解斜視図及び部分断面斜視図である。
【００８７】
ソース物質供給部５００は、ソース物質供給管２５０を介してソース物質蒸発部３００に供給されるソース物質の量を制御する役割を果たす。例えば、ソース物質供給部５００は、ソース物質蒸発部３００に供給されるソース物質の量を、金属混入層３０の形成工程ごとに均一に制御することができる。
【００８８】
図１１及び図１２を参照すると、ソース物質供給部５００は、本体５１０と、回転供給台５２０と、充填部５３０と、隔離板５４０と、供給ホール５５０とを備えて構成できる。また、ソース物質供給部５００は、第１センサ５６０と、第２センサ５７０とをさらに備えることができる。また、ソース物質供給部５００は、逆流防止ガス供給部７００をさらに備えることができる。
【００８９】
本体５１０は、ソース物質供給部５００の骨格をなし、ソース物質供給部５００の構成要素が設けられる。本体５１０は、ソース物質供給管２５０の中間部に連結される。本体５１０は、内部に所定の空間を有する円筒状に形成されることができる。本体５１０は、外部の異質が侵入したり内部のソース物質が流出したりしないように、強固に作製されることが好ましい。本体５１０の材質は、ステンレススチールを含むことができる。
【００９０】
本体５１０の内部に設けられる構成要素の修理及び管理のために、本体５１０の上部には蓋５１２が開閉可能に連結可能である。蓋５１２の材質は、本体５１０と同様に、ステンレススチールを含むことができる。蓋５１２と本体５１０との連結部位には、シーリング（sealing）用Ｏリング５１４が配置できる。本体５１０の一側には、本体５１０の冷却のために冷却水が流出入する一対の冷却管５０２が連結可能である。本体５１０の上部には、後述する逆流防止ガス供給部７００が連結可能である。本体５１０の内側下端は、逆三角形の断面形態で形成され、ソース物質が本体５１０の外部に容易に排出できるようにすることが好ましい。
【００９１】
本体５１０の内部には、回転供給台５２０が回転可能に設けられる。回転供給台５２０は、ソース物質貯蔵部２００からソース物質蒸発部３００へのソース物質の供給を一定量に制限する。回転供給台５２０は、所定の厚さを有する円形のプレート状に形成される。回転供給台５２０は、回転供給台５２０の中心軸が回転アクチュエータ５２２に連結され、回転アクチュエータ５２２の動作によって回転する。このとき、回転供給台５２０は、任意に設定された角度、例えば、９０度ずつ回転することができる。回転アクチュエータ５２２は、本体５１０の外側上部に配置できる。回転供給台５２０の回転を容易にするために、回転供給台５２０の上側にはテフロン（登録商標）（Teflon）材質のリング５１６が配置できる。
【００９２】
回転供給台５２０上の所定の位置には充填部５３０が形成される。充填部５３０は、ソース物質供給管２５０を介して自由落下により供給されたソース物質が充填され、一時的に保管される。充填部５３０は、所定の体積を有する円筒状の空間で形成される。ここで、充填部５３０の体積は、１回の金属混入層形成工程に要する金属ソースガスの生成に必要な量のソース物質を貯蔵可能な程度であり得る。
【００９３】
図示のように、充填部５３０は、回転供給台５２０に９０度の角距離で２つ形成されているが、それ以上の角度、例えば、１８０度の角距離で形成されてもよい。また、充填部５３０は、９０度の角距離で２つ以上の個数、例えば４つが形成されるなど、使用者の所望に応じて形成個数と間隔を異なるようにすることもできる。
【００９４】
回転供給台５２０の下側には隔離板５４０が設けられる。隔離板５４０は、本体５１０の内部空間を上部と下部とに区分する。また、隔離板５４０は、後述する供給ホール５５０を介して充填部５３０に充填されているソース物質の供給を断続する。
【００９５】
供給ホール５５０は、隔離板５４０に形成される。供給ホール５５０は、ソース物質供給管２５０の真下と任意の角距離、例えば、充填部５３０の形成間隔である９０度の角距離をおいて形成されることが好ましい。供給ホール５５０の直径は、充填部５３０の下端部の直径と等しく設定されることが好ましい。
【００９６】
このとき、充填部５３０の体積が一定で、これを満たすソース物質の量も一定であるため、ソース物質蒸発部３００には、回転供給台５２０の回転周期によって定量のソース物質が供給できる。このようにして、本発明では、ソース物質貯蔵部２００内に貯蔵されているソース物質が、回転供給台５２０の充填部５３０及び隔離板５４０の供給ホール５５０を順に通過してソース物質蒸発部３００に供給されるが、このとき、回転供給台５２０が所定の周期で供給ホール５５０の真上に位置するたびに、充填部５３０の体積に該当する量だけのソース物質が（すなわち、一定量のソース物質が）ソース物質蒸発部３００に供給される。
【００９７】
回転供給台５２０に形成される充填部５３０の個数は２つになっているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、ソース物質の時間あたりの供給量により多様に変更可能である。このとき、ソース物質の時間あたりの供給量を増やすためには、同一の充填部５３０の個数で回転供給台５２０の回転周期を短くすることもでき、また、充填部５３０の容積、例えば、充填部５３０の直径または高さ（すなわち、回転供給台５２０の厚さ）を増加させることもできる。つまり、本発明において、ソース物質供給部５００を介してソース物質蒸発部３００に供給される時間あたりのソース物質の量は、回転供給台５２０の回転周期、充填部５３０の個数、及び充填部５３０の容積などを変更して多様に制御することができる。
【００９８】
第１センサ５６０が回転供給台５２０と回転アクチュエータ５２２との連結部品に設置できる。第１センサ５６０は、回転供給台５２０が設定された角度で回転したかをチェックする。第１センサ５６０は、回転供給台５２０と回転アクチュエータ５２２とを連結する軸の所定地点に２つのセンサドッグ（図示せず）とドッグ検出部（図示せず）とを設けた後、センサドッグとドッグ検出部との接触を感知する方式により、回転供給台５２０の予め設定された回転角度、例えば、回転供給台５２０が９０度回転したかを確認することができる。
【００９９】
第２センサ５７０が本体５１０の下部一側に設置できる。第２センサ５７０は、供給ホール５５０を介してソース物質が落下することをチェックする。第２センサ５７０は、可視光を用いる光センサを備えることができる。第２センサ５７０の前方には、ソース物質が第２センサ５７０に付着するのを防止するために、第１透明窓５７４が設置できる。第２センサ５７０と第１透明窓５７４の設置を容易にするために、本体５１０の外側下部には連結ギャップ５７６が配置できる。第２センサ５７０は、連結ギャップ５７６の一側に固定ブラケット５７２を用いて配置されることが好ましい。本体５１０と連結ギャップ５７６との連結部品にはシーリング用Ｏリング５１８が配置できる。
【０１００】
逆流防止ガス供給部７００が本体５１０の上部に連結可能である。逆流防止ガス供給部７００は、本体５１０の上部に連結される。逆流防止ガス供給部７００を介して供給された逆流防止ガスは、本体５１０の内側を所定の圧力状態に維持して、ソース物質蒸発部３００で発生した金属ソースガスがソース物質供給部５００に逆流することを防止することができる。また、逆流防止ガス供給部７００を介して供給されるガスは、本体５１０の内部に残留しているソース物質を排出させることができる。逆流防止ガス供給部７００は、運搬ガス供給部６００と同一のラインを介してガスが供給できる。逆流防止ガス供給部７００に供給されるガスはＡｒであり得る。
【０１０１】
図１３、図１４、及び図１５は、本発明の一実施形態に係る金属ソースガス供給部Ｂのソース物質蒸発部３００及びソース物質排出部４００の構成を示す図、分解斜視図、及び断面図である。
【０１０２】
ソース物質蒸発部３００は、ソース物質貯蔵部２００から供給されたソース物質に熱を印加してソース物質を気化させる。ソース物質蒸発部３００でソース物質は気化して、金属ソースガスの形態で反応チャンバＡに供給される。ソース物質排出部４００は、ソース物質を気化させて、金属混入層３０の形成工程に必要な金属ソースガスを発生させた後、ソース物質蒸発部３００に残留しているソース物質を排出する。
【０１０３】
図１３、図１４、及び図１５を参照すると、ソース物質蒸発部３００は、所定の内部容積を有する容器で構成できる。ソース物質蒸発部３００の内部には、ソース物質の気化に必要な熱を発生させるソース物質ヒータ３１０が設置できる。ソース物質ヒータ３１０は、ソース物質受け台４１０に載置されているソース物質が気化できるように、熱を発生させてソース物質に印加する。ソース物質ヒータ３１０は、所定の長さを有する円形のロッド状に形成される。ソース物質ヒータ３１０による加熱効果を向上させるために、ソース物質ヒータ３１０の端部、すなわち、ソース物質受け台４１０に接触するソース物質ヒータ３１０の端部で発熱が集中することが好ましい。
【０１０４】
ソース物質ヒータ３１０には、熱を発生させるために電源を供給する電源線３１２と、発熱した熱を測定する温度測定器３１４とが連結できる。温度測定器３１４は、サーモカップル（thermocouple）を使用することが好ましい。サーモカップルは、本技術分野において広く知られた公知の構成要素であるため、サーモカップルの構成及び作用に関する詳細な説明は省略する。
【０１０５】
ソース物質ヒータ３１０の端部は、ソース物質受け台４１０に密接に連結できる。ソース物質ヒータ３１０とソース物質受け台４１０との連結については後述する。
【０１０６】
運搬ガス供給部６００は、ソース物質蒸発部３００で発生した金属ソースガスを反応チャンバＡに運ぶ運搬ガスを供給する。運搬ガス供給部６００のガス供給管６１０とガス排気管６２０とは、ソース物質蒸発部３００の一側に連結可能である。ガス供給管６１０とガス排気管６２０には、ガスの移動を断続可能なバルブが設置できる。運搬ガスとしては、不活性で、金属ソースガスを反応チャンバＡに容易に移動させることができる高純度のアルゴン、ヘリウム、質素などが使用可能である。
【０１０７】
図１３及び図１４を参照すると、ソース物質排出部４００は、ソース物質受け台４１０と、反転アクチュエータ４２０と、ソース物質保管筒４３０とを備えて構成できる。また、ソース物質排出部４００は、ゲートバルブ４５０と、エアシリンダ４６０とをさらに備えることができる。
【０１０８】
ソース物質受け台４１０は、ソース物質蒸発部３００の内側に上下反転可能に設けられる。ソース物質受け台４１０には、ソース物質供給部５００を介して供給されたソース物質が載置される。このとき、ソース物質受け台４１０の上面は、平板状に形成してソース物質の載置を容易にすることが好ましい。また、ソース物質受け台４１０の縁は、ソース物質蒸発部３００の内周面に密着するようにして供給されたソース物質が、ソース物質受け台４１０とソース物質蒸発部３００の内壁の間を通して流出しないようにすることが好ましい。
【０１０９】
ソース物質受け台４１０の下部にはヒータ連結軸４１２が形成される。ヒータ連結軸４１２は、所定の長さを有する管状に形成される。ヒータ連結軸４１２の内側にはソース物質ヒータ３１０が挿入可能である。ヒータ連結軸４１２の中心軸は、後述する反転アクチュエータ４２０の回転軸の中心軸と同軸上で位置させることが好ましい。ヒータ連結軸４１２にソース物質ヒータ３１０が挿入されるとき、ソース物質ヒータ３１０の離脱防止や流動防止などのために、フランジ３１６と固定リング３１８が配置できる。ソース物質受け台４１０とヒータ連結軸４１２は、熱の伝達が容易な金属材質で形成されることができ、互いに同じ材質で形成されることができる。
【０１１０】
ソース物質受け台４１０の一側には反転アクチュエータ４２０が連結される。反転アクチュエータ４２０は、ソース物質受け台４１０を反転させる。このため、反転アクチュエータ４２０の回転軸がソース物質受け台４１０の一側に連結される。ソース物質受け台４１０と反転アクチュエータ４２０との連結を強固にするために、固定フランジ４２６と固定リング４２８が配置できる。
【０１１１】
反転アクチュエータ４２０は、空圧によって動作することができる。反転アクチュエータ４２０の動作のために、反転アクチュエータ４２０の一側には一対の第１空圧管４２２が連結される。一対の第１空圧管４２２のうち、任意の第１空圧管４２２に空圧が供給され、もう１つの第１空圧管４２２には空圧が排出されることにより、反転アクチュエータ４２０が回転動作を行う。本実施形態において、反転アクチュエータ４２０は、１回に１８０度回転動作することができる。第１空圧管４２２を介した空圧の供給方向が変更されると、反転アクチュエータ４２０の回転方向が変更可能である。
【０１１２】
反転アクチュエータ４２０の回転動作をチェックするために、第３センサ４２４が複数個設置できる。第３センサ４２４は、反転アクチュエータ４２０の回転軸を基準として１８０度の角距離をおいて設けられることが好ましい。第３センサ４２４は、反転アクチュエータ４２０の回転軸に設けられたセンサドッグ４２５と接触し、反転アクチュエータ４２０が１８０度回転したかをチェックする。第３センサ４２４は、固定ブラケット５７２を用いて反転アクチュエータ４２０の一側に固定されることができる。
【０１１３】
反転アクチュエータ４２０の動作により、ソース物質受け台４１０は、上面と下面が反転可能である。ソース物質受け台４１０が反転すると、ソース物質受け台４１０に載置されていたソース物質は下部に落下する。
【０１１４】
ソース物質蒸発部３００の下部には、排出されたソース物質を保管するソース物質保管筒４３０が配置される。ソース物質保管筒４３０に保管されたソース物質は、後の金属混入層３０の形成工程に再使用されるか、完全に廃棄されることができる。ソース物質保管筒４３０の形状は円筒形が好ましいが、必ずしもこれに限定されない。
【０１１５】
ソース物質保管筒４３０の一側には、ソース物質保管筒４３０内のソース物質を目視観察可能な第３監視窓４４０が所定の大きさに形成される。ソース物質保管筒４３０内には、ソース物質保管筒４３０の内部と外部とを隔離することができ、ソース物質の確認を容易にすることができるように、第２透明窓４４２が配置されることが好ましい。第２透明窓４４２の材質は、石英を含むことができる。
【０１１６】
ソース物質蒸発部３００とソース物質保管筒４３０との間には、排出されたソース物質の移動を断続するゲートバルブ４５０が配置される。ゲートバルブ４５０は、ソース物質受け台４１０の動作に連動して開閉される。すなわち、ソース物質受け台４１０が反転すると、ゲートバルブ４５０は開放されてソース物質受け台４１０から落下するソース物質が通過できるようにし、ソース物質受け台４１０が元の位置に復帰すると、ゲートバルブ４５０は閉鎖されてソース物質が通過できないようにする。
【０１１７】
ゲートバルブ４５０は、バルブ本体４５２と、ゲート４５４とを備えて構成できる。バルブ本体４５２は、ソース物質蒸発部３００と、ソース物質保管筒４３０とを連結する。バルブ本体４５２は、管状に形成されることができ、ゲート４５４により開閉可能である。ゲート４５４は平板状に形成され、エアシリンダ４６０によって水平に移動する。ゲート４５４の移動とエアシリンダ４６０の設置を容易にするために、バルブ本体４５２の一側にはゲートハウジング４５６が連結可能である。ゲートハウジング４５６の内部には、ゲート４５４が水平移動可能な空間が形成される。
【０１１８】
ゲートハウジング４５６の一側にエアシリンダ４６０が連結される。エアシリンダ４６０は、外部から供給される空圧によってゲートバルブ４５０を動作させる。エアシリンダ４６０には、一対の第２空圧管４６２が連結される。一対の第２空圧管４６２のうち、任意の第２空圧管には空圧が供給され、もう１つの第２空圧管４６２を介して空圧が排出されることにより、エアシリンダ４６０が伸縮動作することができる。空圧管を介した空圧の供給方向が変更されることにより、エアシリンダ４６０の動作方向が変更されて、ゲート４５４の移動方向が変更可能である。
【０１１９】
ソース物質保管筒４３０とゲートバルブ４５０とは、シーリング用Ｏリング４３２と固定プレート４３４により強固に連結されることが好ましい。
【０１２０】
以下では、図１１、図１２、及び図１６〜図１９を参照して、本発明の金属ソースガス供給部Ｂの動作を説明する。
【０１２１】
図１６〜図１９は、本発明の一実施形態に係る金属ソースガス供給部Ｂのソース物質供給部５００の動作を示す図である。ここで、図１６及び図１７は、図１２のＡ方向における構成を示す図であり、図１８及び図１９は、図１２のＢ方向における構成を示す図である。参考として、図１６〜図１９において陰影表示された部分はソース物質を表す。
【０１２２】
まず、使用者は、ソース物質供給管２５０上に連結されたバルブＶを開放操作して、ソース物質供給管２５０を介してソース物質が自由に移動できるようにする。
【０１２３】
図１６を参照すると、ソース物質貯蔵部２００に貯蔵されているソース物質は、自由落下により、ソース物質供給管２５０を介してソース物質供給部５００に移動する。その後、ソース物質供給部５００の回転アクチュエータ５２２は、回転供給台５２０を回転させて、回転供給台５２０の充填部５３０がソース物質供給管２５０の真下に位置するように位置合わせする。これにより、ソース物質供給管２５０を介して供給されるソース物質は、充填部５３０に移動して充填部５３０に充填される。ソース物質は、充填部５３０に供給されて充填されるが、充填部５３０の下端は、隔離板５４０によって閉鎖されていて、下部には排出されない。
【０１２４】
充填部５３０内へのソース物質の充填が完了すると、回転アクチュエータ５２２によって回転供給台５２０が回転するようにする。図１７を参照すると、回転供給台５２０が回転すると、充填部５３０は、ソース物質供給管２５０の真下から外れることが分かる。
【０１２５】
図１８を参照すると、回転アクチュエータ５２２は、回転供給台５２０を、設定された任意の角度、例えば、９０度回転させて、充填部５３０が隔離板５４０の供給ホール５５０の真上に位置するようにする。このとき、第１センサ５６０は、回転供給台５２０が設定された角度だけ回転したかをチェックする。充填部５３０に貯蔵されているソース物質は、充填部５３０の下部の供給ホール５５０を介してソース物質蒸発部３００に供給される。第２センサ５７０は、ソース物質が供給ホール５５０を介して落下して供給されたかをチェックする。
【０１２６】
一方、前述した過程において、ソース物質蒸発部３００で金属ソースガスが発生して供給されるとき、金属ソースガスがソース物質供給部５００に逆流することがあるため、これを防止する必要がある。また、金属混入層３０の形成工程を行うための金属ソースガスの供給が完了した後、後の金属混入層３０の形成工程に備えて、ソース物質供給部５００に残留しているソース物質を消去する必要がある。
【０１２７】
このため、図１９を参照すると、逆流防止ガス供給部７００を介して逆流防止ガスを供給する。すなわち、充填部５３０が逆流防止ガス供給部７００の真下に位置するようにした後、逆流防止ガスを供給すると、供給された逆流防止ガスは、充填部５３０を介して本体５１０の内部に供給される。逆流防止ガスにより、本体５１０の内部は所定の圧力を維持するようになるため、ソース物質蒸発部３００からソース物質供給部５００への金属ソースガスの逆流を防止することができる。また、逆流防止ガスは、充填部５３０に残留しているソース物質を排出させることができる。排出されたソース物質は、供給ホール５５０を介してソース物質蒸発部３００に移動し、ソース物質供給部５００から残留しているソース物質を除去することができる。
【０１２８】
ソース物質供給部５００を介して定量供給されたソース物質は、ソース物質蒸発部３００の内側のソース物質受け台４１０上に載置される。
【０１２９】
その後、ソース物質ヒータ３１０を動作させると、ソース物質ヒータ３１０で発熱した熱がソース物質受け台４１０上のソース物質に印加され、ソース物質は金属ソースガス化し、その後、ガス供給管６１０を介して供給される運搬ガスとともに、ガス排気管６２０を介して反応チャンバＡに供給される。
【０１３０】
一方、金属混入層３０の形成工程が完了した後、ソース物質受け台４１０上には所定量のソース物質が残留することができる。
【０１３１】
残留しているソース物質を排出するために、反転アクチュエータ４２０の一側の第１空圧管４２２を介して空圧を供給して反転アクチュエータ４２０を動作させる。反転アクチュエータ４２０の回転動作により、ソース物質受け台４１０の上部と下部が反転して、残留しているソース物質が落下する。このとき、第３センサ４２４は、反転アクチュエータ４２０が１８０度回転したかどうかをチェックする。
【０１３２】
その後、反転アクチュエータ４２０が回転動作に連動してゲートバルブ４５０の開閉動作が行われる。すなわち、反転アクチュエータ４２０が反転するように任意の第１空圧管４２２に空圧が供給されると、同時にエアシリンダ４６０に連結された任意の第２空圧管４６２にも空圧が供給される。したがって、ソース物質受け台４１０が反転するとき、ゲート４５４はバルブ本体４５２を開放する方向に移動し、ソース物質受け台４１０から落下するソース物質がソース物質保管筒４３０に容易に移動できるようにする。
【０１３３】
ソース物質受け台４１０が反転によってソース物質を落下させた後、反転アクチュエータ４２０の第１空圧管４２２を介して空圧が逆に供給されると、ソース物質受け台４１０は元の状態に復帰する。このとき、エアシリンダ４６０の第２空圧管４６２にも空圧が逆に供給され、ゲート４５４は、バルブ本体４５２を閉鎖する方向に移動し、ソース物質保管筒４３０への経路を閉鎖する。
【０１３４】
落下するソース物質は、ソース物質保管筒４３０に保管される。作業者は、第３監視窓４４０を通してソース物質の量をチェックし、ソース物質保管筒４３０に保管されたソース物質は、後の金属混入層３０の形成工程に使用されるか、または完全に廃棄されることができる。
【０１３５】
図２０は、本発明の他の実施形態に係るソース物質供給部５００の構成を示す断面図である。ソース物質供給部５００は、中心軸を基準として対称となる形態で構成されるため、図面ではソース物質供給部５００の構成を容易に把握できるように中心軸を基準として一側のみを示した。
【０１３６】
図２０を参照すると、回転供給台５２０の上部には、飛散防止あご５８０が所定の高さに形成されることができる。飛散防止あご５８０は、回転供給台５２０と同心円をなすように形成される。複数の飛散防止あご５８０の間には充填部５３０を位置させ、ソース物質供給管２５０から充填部５３０に供給されるソース物質が充填部５３０の周囲に飛散するのを防止する。飛散防止あご５８０と充填部５３０との間には飛散防止溝５８２が形成される。飛散防止溝５８２は、所定の容積を有するように形成され、飛散防止されたソース物質が一時的に留まる。したがって、飛散防止あご５８０と飛散防止溝５８２は、ソース物質が充填部５３０の周囲に飛散して、ソース物質供給部５００の動作に影響を与えることを防止することができる。図２０のソース物質供給部の構成及び作用は、飛散防止あご５８０と飛散防止溝５８２を除けば、前述したソース物質供給部と同一であるため、これに関する詳細な説明は省略する。
【０１３７】
前述したように、本発明の金属混入層形成装置は、ソース物質貯蔵部とソース物質蒸発部との間に設けられ、ソース物質蒸発部に供給されるソース物質の量を制御するソース物質供給部を備えて構成されることにより、反応チャンバに供給される金属ソースガスの量を正確に制御することができる。これにより、金属混入層を形成するときに、金属混入層内の金属の濃度及び分布を作業者の所望どおりに制御することができる。
【０１３８】
これは、非晶質シリコン層の結晶化熱処理時に、非晶質シリコン層内における金属の全般的な拡散を作業者が意図したとおりに制御可能であることを意味する。したがって、少量の金属のみが非晶質シリコン層の内部に拡散するようにすることができ、このことにより、より効率的に非晶質シリコン層の結晶化を促進させることができる。
【０１３９】
図２１は、本発明の一実施形態に係る多結晶シリコン層の製造方法により製造された多結晶シリコン層の波長による反射度の変化を示す図である。
【０１４０】
図２１に示すような反射度の変化を有する多結晶シリコン層の製造過程は、次のとおりである。まず、ガラス基板に非晶質シリコン層を形成した。次に、ガラス基板上にＮｉ−ＳｉＯＸ層、すなわち、金属がＮｉであり、マトリックスがＳｉＯＸである金属混入層を形成した。Ｎｉ−ＳｉＯＸ層は、前述したような本発明の金属混入層形成装置を用いて形成した。Ｎｉのソース物質としてはＮｉ（ＣＰ）２粉末を使用した。Ｎｉ（ＣＰ）２粉末を８３℃で加熱して生成したＮｉのソースガスを５００ｃｃｍの流量でチャンバに供給し、それと同時に、ＳｉＯＸのソースガスとしてのＳｉＨ４／Ｎ２Ｏガスを２，５００ｃｃｍの流量でチャンバに供給し、Ｎｉ−ＳｉＯＸ層を形成した。Ｎｉのソースガスをチャンバに供給するときは、運搬ガスとして４００ｃｃｍ流量のＡｒを使用した。蒸着圧力は１Ｔｏｒｒ、蒸着パワーは８００ｗａｔｔ、蒸着温度は２００℃、蒸着時間は１０分、厚さは２，５００Åであった。次に、Ｎｉ−ＳｉＯＸ層上に非晶質シリコン層を通常のＰＥＣＶＤ法を用いて形成した。このとき、ソースガスはＳｉＨ４／Ｎ２Ｏ／Ｈ２ガスを使用し、各ガスの流量は５００ｃｃｍ、２，５００ｃｃｍ、３，０００ｃｃｍであった。蒸着圧力は１Ｔｏｒｒ、蒸着パワーは８００ｗａｔｔ、蒸着温度は２００℃、蒸着時間は２分、厚さは５００Åであった。次に、結晶化熱処理を通常の熱処理炉（furnace）を用いて行い、非晶質シリコン層を結晶化させ多結晶シリコン層を形成した。熱処理条件は、６５０℃で１時間であり、質素雰囲気であった。最後に、結晶化程度（結晶化度）を評価するために、多結晶シリコン層の波長による反射度の変化を測定した。
【０１４１】
図２１を参照すると、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）及び単結晶シリコン（ｓ−Ｓｉ）の波長による反射度の変化と比較して、前述したような工程条件により製造された多結晶シリコン層（ｐ−Ｓｉ）は、優れた結晶化度を有していることを確認することができる。これより、本発明の金属混入層を用いた多結晶シリコン層の製造方法によっても、結晶化度の優れた多結晶シリコン層を形成可能であることを確認することができる。
【０１４２】
一方、本発明の多結晶シリコン層の製造方法及びこのための金属混入層形成装置は、多結晶シリコン層をアクティブ層（active layer）とするポリシリコン薄膜トランジスタ（P-Si Thin Film Transistor）を含む液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のみならず、多結晶シリコン層をアクティブ層として含むすべての半導体、ディスプレイ、太陽電池、電子素子などに多様に適用することができる。
【０１４３】
本発明は、上述したように好ましい実施形態を挙げて図示及び説明しているが、上記の実施形態に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲内で当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって多様な変形及び変更が可能である。そのような変形例及び変更例は、本発明と添付した特許請求の範囲の範囲内に属するとみなさなければならない。
【符号の説明】
【０１４４】
１０：基板
２０：非晶質シリコン層
２２：多結晶シリコン層
３０：金属混入層
３２：金属
３４：マトリックス
４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ）金属非混入層
２００：ソース物質貯蔵部
２１０：パージガス供給管
２２０：濾過部
２５０：ソース物質供給管
２６０：第２監視窓
２７０：冷却ユニット
３００：ソース物質蒸発部
３１０：ソース物質ヒータ
３１２：電源線
３１４：温度測定器
３４４：エア管
３６４：エア管
４００：ソース物質排出部
４１０：ソース物質受け台
４２０：反転アクチュエータ
４２２：第１空圧管
４２４：第３センサ
４３０：ソース物質保管筒
４４０：第３監視窓
４４２：透明窓
４５０：ゲートバルブ
４５２：バルブ本体
４５４：ゲート
４６０：エアシリンダ
４６２：第２空圧管
５００：ソース物質供給部
５１０：本体
５２０：回転供給台
５３０：充填部
５４０：隔離板
５５０：供給ホール
５６０：第１センサ
５７０：第２センサ
６００：運搬ガス供給部
６１０：ガス供給管
６２０：ガス排気管
７００：逆流防止ガス供給部
Ａ：反応チャンバ
Ｂ：金属ソースガス供給部
Ｃ：マトリックスソースガス供給部
Ｄ：上部電極
Ｅ：下部電極
Ｆ：補助ガス供給部
【図１】
2013520832.tif 000003
【図２】
2013520832.tif 000004
【図３】
2013520832.tif 000005
【図４】
2013520832.tif 000006
【図５】
2013520832.tif 000007
【図６】
2013520832.tif 000008
【図７】
2013520832.tif 000009
【図８】
2013520832.tif 000010
【図９】
2013520832.tif 000011
【図１０】
2013520832.tif 000012
【図１１】
2013520832.tif 000013
【図１２】
2013520832.tif 000014
【図１３】
2013520832.tif 000015
【図１４】
2013520832.tif 000016
【図１５】
2013520832.tif 000017
【図１６】
2013520832.tif 000018
【図１７】
2013520832.tif 000019
【図１８】
2013520832.tif 000020
【図１９】
2013520832.tif 000021
【図２０】
2013520832.tif 000022
【図２１】
2013520832.tif 000023
【国際調査報告】
2013520832.tif 000024
2013520832.tif 000025
2013520832.tif 000026
2013520832.tif 000027
2013520832.tif 000028
2013520832.tif 000029
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