(57)【要約】【課題】結晶性の高い微結晶シリコン薄膜を安定して基板上に成膜することができる薄膜形成装置を提供する。【解決手段】基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、成膜容器と、薄膜の原料であるシランガスを成膜容器に供給するシランガス供給部と、シランガスを希釈する希釈ガスを成膜容器に供給する希釈ガス供給部と、成膜容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、成膜容器の内部に配置されるシリコン基材と、シランガス供給部がシランガスを供給するタイミング、及び、希釈ガス供給部が希釈ガスを供給するタイミングを制御する制御部と、を備えることを特徴とする薄膜形成装置。【選択図】図１
2012199473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
成膜容器と、
前記薄膜の原料であるシランガスを前記成膜容器に供給するシランガス供給部と、
前記シランガスを希釈する希釈ガスを前記成膜容器に供給する希釈ガス供給部と、
前記成膜容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
前記成膜容器の内部に配置されるシリコン基材と、
前記シランガス供給部が前記シランガスを供給するタイミング、及び、前記希釈ガス供給部が前記希釈ガスを供給するタイミングを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記成膜容器は、前記シリコン基材を支持する支持部を備える、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記シリコン基材の厚さは、１ｍｍ以上である、請求項１又は２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記希釈ガスのみを前記成膜容器に供給した後に、前記シランガスと前記希釈ガスとを前記成膜容器に供給するように、前記シランガス供給部及び前記希釈ガス供給部を制御する、請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記希釈ガスは水素ガスである、請求項１乃至４のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
内部にシリコン基材が配置された成膜容器に希釈ガスを供給する第１成膜工程と、
前記成膜容器にシランガスと前記希釈ガスとを供給する第２成膜工程と、
前記成膜容器の内部に前記希釈ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生工程と、
を有することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項７】
前記シリコン基材の厚さは、１ｍｍ以上である、請求項６に記載の薄膜形成方法。
【請求項８】
前記希釈ガスは水素ガスである、請求項６又は７に記載の薄膜形成方法。
【請求項９】
第１成膜工程は、更に、成膜容器に前記シランガスを供給し、
第１成膜工程において前記成膜容器に供給されるシランガスの流量は、第２成膜工程において前記成膜容器に供給されるシランガスの流量よりも少ない、請求項６乃至８のいずれかに記載の薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて基板に薄膜を形成する薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基板に薄膜を形成するためにＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置が用いられる。特に、ＣＶＤ装置を用いて薄膜太陽電池やＴＦＴ（Thin Film Transistor）に用いられるＳｉ薄膜をガラス基板に形成するプロセスが注目されている。Ｓｉ薄膜の形成では、例えば、モノシラン（ＳｉＨ４）をプラズマ化して、ガラス基板上にＳｉ薄膜を形成する。近年、薄膜太陽電池用パネルは大型化しており、大型のガラス基板に、品質特性が高くしかも均質な特性を有する微結晶Ｓｉ薄膜を低コストで形成することが望まれている。
【０００３】
例えば、微結晶Ｓｉ薄膜を形成する際の製造コストを下げるためには、成膜する基板の温度を２５０℃以下にすることが望まれる。しかし、基板の温度を２５０℃以下にして微結晶Ｓｉ薄膜を形成するとき、薄膜の結晶性が悪くキャリアの移動度が低い、といった微結晶Ｓｉ薄膜の特性上の問題がある。
【０００４】
一方、従来に比べて高い品質の微結晶シリコン薄膜を形成する法方が知られている（非特許文献１）。
当該方法では、核形成工程において、Ｈ２ガスの流量を１５０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ガスの流量を０ｓｃｃｍとし、微結晶シリコン成長工程において、Ｈ２ガスの流量を１５０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ガスの流量を２５ｓｃｃｍとすることにより、ＳｉＯ２基板の上にＳｉが核形成されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Japanese Journal of Applied Physics Vol. 43, No. 12, 2004, pp. 7909-7933, Low-Temperature Microcrystalline Silicon Film Deposited by High-Density and Low-Potential Plasma Technique Using Hydrogen Radicals
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記方法では、核形成工程において、成膜容器の内壁に堆積しているＳｉ薄膜が水素原子や水素ラジカルによってスパッタされるため、ＳｉＨ４ガスを流さないにもかかわらずＳｉの核が形成されると考えられている。
【０００７】
しかしながら、当該方法では、核形成工程において、成膜容器の内壁に堆積したＳｉ薄膜の分布などにより、基板上に成膜される薄膜の特性が変化するため、安定した成膜が難しいという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、結晶性の高い微結晶シリコン薄膜を安定して基板上に成膜することができる薄膜形成装置及び薄膜形成方法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】
上記課題を解決するため、本発明の薄膜形成装置は、基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、成膜容器と、前記薄膜の原料であるシランガスを前記成膜容器に供給するシランガス供給部と、前記シランガスを希釈する希釈ガスを前記成膜容器に供給する希釈ガス供給部と、前記成膜容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記成膜容器の内部に配置されるシリコン基材と、前記シランガス供給部が前記シランガスを供給するタイミング、及び、前記希釈ガス供給部が前記希釈ガスを供給するタイミングを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、前記成膜容器は、前記シリコン基材を支持する支持部を備えることが好ましい。
【００１１】
また、前記シリコン基材の厚さは、１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１２】
また、前記制御部は、前記希釈ガスのみを前記成膜容器に供給した後に、前記シランガスと前記希釈ガスとを前記成膜容器に供給するように、前記シランガス供給部及び前記希釈ガス供給部を制御することが好ましい。
【００１３】
また、前記希釈ガスは水素ガスであることが好ましい。
【００１４】
また、上記課題を解決するため、本発明の薄膜形成方法は、基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、内部にシリコン基材が配置された成膜容器に希釈ガスを供給する第１成膜工程と、前記成膜容器にシランガスと前記希釈ガスとを供給する第２成膜工程と、前記成膜容器の内部に前記希釈ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、前記シリコン基材の厚さは、１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１６】
また、前記希釈ガスは水素ガスであることが好ましい。
【００１７】
また、第１成膜工程は、更に、成膜容器に前記シランガスを供給し、第１成膜工程において前記成膜容器に供給されるシランガスの流量は、第２成膜工程において前記成膜容器に供給されるシランガスの流量よりも少ないことが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、結晶性の高い微結晶シリコン薄膜を安定して基板上に成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態の薄膜形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】実施形態の薄膜形成方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜第１の実施形態＞
（薄膜形成装置の構成）
まず、図１を参照して、本実施形態の薄膜形成装置の構成を説明する。図１は、本実施形態の薄膜形成装置の一例を示す概略構成図である。本実施形態の薄膜形成装置１０は、成膜容器内に成膜ガスを供給するとともにプラズマを発生させることができ、プラズマＣＶＤ法により基板Ｓ上に微結晶シリコンの薄膜を形成する。本実施形態では、プラズマの発生に平行平板電極を用いるが、この方式に限定されない。
本実施形態の薄膜形成装置１０は、成膜容器２０と、シリコン基材２４と、排気部４０と、高周波電源５０と、シランガス供給部６０と、希釈ガス供給部６２と、制御部７０と、を備える。
【００２１】
成膜容器２０は、基板支持部３２と、上側電極３６と、下側電極３８と、を備える。基板支持部３２の上面には下側電極３８が設けられている。ここで、下側電極３８は接地されている。基板Ｓは、成膜容器２０の下方から基板支持部３２を貫通するリフトピン４４によって支持される。リフトピン４４は昇降機構４６によって上下方向に昇降可能であり、リフトピン４４が基板Ｓを支持した状態で昇降機構４６がリフトピン４４を下方向に移動させることにより、基板Ｓは下側電極３８の上に設置される。
また、基板支持部３２の内部には加熱ヒータ３４が設けられており、加熱ヒータ３４により基板Ｓの温度を調整することができる。
【００２２】
上側電極３６は基板Ｓの上方に設けられ、高周波電源５０と接続されている。高周波電源５０が所定の周波数の高周波電流を供給することにより、上側電極３６と下側電極３８との間でプラズマが生成される。
また、高周波電源５０は制御部７０と接続されている。高周波電源５０が上側電極３６に高周波電流を供給するタイミングは、制御部７０により制御される。
【００２３】
また、成膜容器２０は、基板Ｓの上方にシリコン基材２４とを備える。シリコン基材２４は、成膜容器２０に設けられた支持部２６によって支持されている。シリコン基材２４は、例えば、単結晶シリコンや多結晶シリコンである。また、シリコン基材２４の厚さは、例えば、１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２４】
なお、図１に示される例では、シリコン基材２４は、基板Ｓと上側電極３６との間に設けられている例を説明したが、例えば、成膜容器２０の側面に設けられていてもよい。
【００２５】
排気部４０は、排気管４２を介して成膜容器２０内に供給されたシランガスや希釈ガスなどの成膜ガスを排気する。排気部４０は、例えば、ドライポンプである。排気部４０が成膜容器２０内を排気することにより、成膜ガスが成膜容器２０内に供給されても、成膜容器２０内の真空度は、０．１Ｐａ〜１００Ｐａ程度に維持される。
【００２６】
シランガス供給部６０は、基板Ｓ上に形成する微結晶シリコン薄膜の原料であるシランガス（ＳｉＨ４）を成膜容器２０の内部に供給する。また、シランガス供給部６０は制御部７０と接続されており、シランガス供給部６０がシランガスを供給するタイミングやシランガスの流量は、制御部７０により制御される。
【００２７】
希釈ガス供給部６２は、希釈ガスを成膜容器２０の内部に供給する。希釈ガスは、例えば、水素ガスである。また、希釈ガス供給部６２は制御部７０と接続されており、希釈ガス供給部６２が希釈ガスを供給するタイミングや希釈ガスの流量は、制御部７０により制御される。
【００２８】
制御部７０は、高周波電源５０が上側電極３６に高周波電流を供給するタイミング、シランガス供給部６０がシランガスを供給するタイミング、希釈ガス供給部６２が希釈ガスを供給するタイミングを制御する。また、制御部７０は、シランガス供給部６０から供給されるシランガスの流量、希釈ガス供給部６２から供給される希釈ガスの流量を制御する。
以上が本実施形態の薄膜形成装置１０の概略構成である。
【００２９】
（薄膜形成方法）
次に、図２を参照して、本実施形態の薄膜形成装置１０を用いた薄膜形成方法について説明する。図２は、本実施形態の薄膜形成方法の一例を示すフローチャートである。
【００３０】
まず、第１成膜工程が行われる（ステップＳ１０１）。第１成膜工程では、希釈ガス供給部６２が成膜容器２０の内部に希釈ガスとして水素ガスを供給する。例えば、水素ガスの流量は、２００ｓｃｃｍである。
【００３１】
次に、第１成膜工程中に高周波電源５０が高周波電流を供給することにより、上側電極３６と下側電極３８との間でプラズマを発生する（ステップＳ１０２）。成膜容器２０の内部で水素ガスのプラズマが発生することにより、シリコン基材２４がスパッタされ、成膜容器２０の内部空間にシリコンが供給され、シリコン雰囲気が形成される。
また、第１成膜工程だけでなく、後述する第２成膜工程中も、上側電極３６と下側電極３８との間でプラズマは発生し続ける。
【００３２】
なお、本実施形態において、第１成膜工程では、シランガス供給部６０は成膜容器２０の内部にシランガスを供給しない。しかしながら、第１成膜工程において、加熱ヒータ３４により加熱された基板Ｓの上には微結晶シリコンの核が形成される。これは、シリコン基材２４や成膜容器２０の内壁に堆積しているＳｉ薄膜がプラズマによりスパッタされ、成膜容器２０の内部空間がシリコン雰囲気になっていることによるものである。
本実施形態では、成膜容器２０の内部にシリコン基材２４が設けられているため、成膜容器２０の内壁面に堆積しているＳｉ薄膜の分布などにより、基板Ｓに形成される微結晶シリコン薄膜の特性が変化するのを抑制することができる。
【００３３】
次に、プラズマの発生を維持した状態で、第２成膜工程が行われる（ステップＳ１０３）。第２成膜工程では、シランガス供給部６０が成膜容器２０の内部にシランガスを供給する。例えば、シランガスの流量は、１０ｓｃｃｍである。また、第２成膜工程では、希釈ガス供給部６２が成膜容器２０の内部に水素ガスを供給する。例えば、水素ガスの流量は、１０ｓｃｃｍである。
【００３４】
上述したように、ステップＳ１０２において、基板Ｓの上に微結晶シリコンの核が形成されているため、ステップＳ１０３において、シリコンの核の上に結晶性の高い微結晶シリコンの膜が成膜される。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態の薄膜形成方法によれば、成膜容器２０の内部にシリコン基材２４が設けられているため、結晶性の高い微結晶シリコン薄膜を安定して基板Ｓ上に成膜することができる。
【００３６】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、第１成膜工程において、シランガス供給部６０が成膜容器２０の内部にシランガスを供給しない例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。本実施形態では、第１成膜工程においても、シランガス供給部６０が成膜容器２０の内部にシランガスを供給する点が第１の実施形態と異なる。その他、薄膜形成装置１０の構成は第１の実施形態と同様であるため、以下、本実施形態の薄膜形成方法について説明する。
【００３７】
まず、第１成膜工程が行われる（ステップＳ１０１）。本実施形態の第１成膜工程では、シランガス供給部６０が成膜容器２０の内部にシランガスを供給する。例えば、シランガスの流量は５ｓｃｃｍである。また、希釈ガス供給部６２が成膜容器２０の内部に希釈ガスとして水素ガスを供給する。例えば、水素ガスの流量は、２００ｓｃｃｍである。
【００３８】
次に、第１成膜工程中に高周波電源５０が高周波電流を供給することにより、上側電極３６と下側電極３８との間でプラズマを発生する（ステップＳ１０２）。成膜容器２０の内部で水素ガスのプラズマが発生することによって、シリコン基材２４がスパッタされ、成膜容器２０の内部空間にシリコンが供給され、シリコン雰囲気が形成される。
【００３９】
本実施形態においても、第１成膜工程において、加熱ヒータ３４により加熱された基板Ｓの上には微結晶シリコンの核が形成される。これは、シリコン基材２４や成膜容器２０の内壁に堆積しているＳｉ薄膜がプラズマによりスパッタされるものや、第１成膜工程においてシランガス供給部６０から供給されるシランガスによるものである。
しかしながら、第１成膜工程において、加熱された基板Ｓの上に微結晶シリコンの核を効率よく形成するためには、シランガスと希釈ガスの合計流量に対するシランガスの流量の割合が小さいことが好ましい。例えば、第１成膜工程において、シランガスと希釈ガスの合計流量に対するシランガスの流量は、１％以上１０％以下であることが好ましい。
【００４０】
次に、プラズマの発生を維持した状態で、第２成膜工程が行われる（ステップＳ１０３）。第２成膜工程では、シランガス供給部６０が成膜容器２０の内部にシランガスを供給する。例えば、シランガスの流量は、１０ｓｃｃｍである。また、第２成膜工程では、希釈ガス供給部６２が成膜容器２０の内部に水素ガスを供給する。例えば、水素ガスの流量は、１０ｓｃｃｍである。
第２成膜工程において、結晶性の高い微結晶シリコンの膜を成膜するためには、シランガスと希釈ガスの合計流量に対するシランガスの流量の割合を第１成膜工程よりも大きくすることが好ましい。例えば、第２成膜工程において、シランガスと希釈ガスの合計流量に対するシランガスの流量は、１０％以上５０％以下であることが好ましい。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態の薄膜形成方法においても、成膜容器２０の内部にシリコン基材２４が設けられているため、結晶性の高い微結晶シリコン薄膜を安定して基板Ｓに成膜することができる。
【００４２】
以上、本発明の薄膜形成装置、及び、薄膜形成方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。また、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００４３】
１０  薄膜形成装置
２０  成膜容器
２４  シリコン基材
２６  支持部
３２  基板支持部
３４  加熱ヒータ
３６  上側電極
３８  下側電極
４０  排気部
４２  排気管
４４  リフトピン
４６  昇降機構
５０  高周波電源
６０  シランガス供給部
６２  希釈ガス供給部
７０  制御部
Ｓ  基板
【図１】
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【図２】
2012199473.tif 000004