使用大气压氢等离子体的膜制造方法、精制膜制造方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种高速、均质、低成本地制作多晶Ｓｉ薄膜等的制造方法及其装置。其中，对一电极进行水冷且安装Ｓｉ靶，对另一电极进行加温且安装任意基板，当两者之间产生大气压氢等离子体时，能够使低温侧靶放出的Ｓｉ原子堆积在高温侧基板上。此时，如果靶中包含掺杂元素，则可以制作掺杂Ｓｉ薄膜。因为不需要对ＳｉＨ↓［４］、Ｂ↓［２］Ｈ↓［６］、ＰＨ↓［３］等高价、有害的气体进行处理，所以可以降低设备及其运转成本。另外，通过应用本发明专利技术的膜制造方法，能够从含有多种物质的靶中仅对目的物质进行纯化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及高速、均质、低成本地制作含有多晶Si膜的各种各样的功能材料膜的方法及装置。技术背景近年来，在各种产业中对高速且均质地制作功能薄膜的要求日益提高。其中特别是向薄膜太阳能电池或液晶TFT等巨型电子设备领域的应 用，以低成本且高效率进行成膜的方法的确立就成为重要的课题。多晶Si与现有薄膜太阳能电池或液晶TFT所使用的非晶Si相比，具 有高的载流子迁移率和长的载流子寿命，且具有无光劣化现象等许多优良 的特性。但是，在太阳能电池中要利用多晶Si膜时，由于其对太阳光的吸 收系数与非晶Si相比要小，因此，需要使膜厚为10倍以上。目前，这样的多晶Si膜是通过CVD法、即利用热、等离子体等将Si 系的原材料气体(SiH4、 SiF4等)进行分解而成膜的(专利文献1、专利 文献2、非专利文献l)。专利文献l:日本特开2002—270519号公报专利文献2:日本特幵平18—008180号公报非专利文献l..麻蒔立男著「薄膜作製O基礎」(《薄膜制作的基础》) 日刊工业新闻社，2005年7月，pp.234-273目前较广泛使用的Si膜的CVD法具有如下的问题点。 第一，CVD法所使用的SiH4、 SiF4等Si原材料气体不仅价格高并是 可燃性气体，且具有毒性，因此，必须使用复杂的气体处理设备。由此， 设备费用及运行费用的负担较大。除此之外，现状是CVD法中的原材料 气体的使用效率最高为20%程度，高价的气体大多被废弃。另外，由于不 完全反应气体凝聚縮回而产生微粒，因此，必须微粒子去除设备用于保护 真空泵等的烧结。这些设备也成为装置整体成本提升的主要原因。第二问题点是在CVD法中，在为了控制Si薄膜的电阻率等所进行的 掺杂中，必须使用磷化氢(PH3)、乙硼烷(B2H6)、三氢化砷(AsH3)、锑 化氢(SbH3)等毒性强、高价的掺杂气体。所以，对于这些有毒气体的处 理设备的负担进一步加大。作为不使用气体原材料的方法，具有利用低压等离子体的溅射法，但 是，其具有不但成膜速度慢而且靶的使用效率差这样的缺点。
技术实现思路
本专利技术要解决的课题是提供消除了这些缺点的新的膜制造方法。另外，本专利技术提供一种从除以纯化为目的的物质即精制物质以外还含 有不纯物的靶中仅将精制物质提取出且高纯度地进行成膜的方法。为了解决上述课题而完成的本专利技术的膜制造方法，在填充有压力10 202kPa (76 1520Torr)的氢为主体的反应气体的反应室内，保持比较高 温度的基板及保持比较低温度的其氢化物为挥发性的靶被平行配置，基板 和靶之间发生放电，使得基板上形成靶的薄膜。本专利技术的原理如下。将由氢化物为挥发性的物质构成的靶按照与基板 对向的方式配置，当对两者设置温度差且两者之间生成大气压程度的氢等 离子体时，在两板材的表面同时产生以下两工序(1)以由与氢等离子体 所发生的原子状氢的化学反应引起的靶物质M的氢化物MHx (x=l， 2...)的生成、挥发为基础的蚀刻；及(2)以通过蚀刻生成的该氢化物在靶中 被再分解为基础的靶物质M的堆积。但是，就其速度而言，在低温侧的 靶的表面，(1)的蚀刻的速度大而(2)的堆积的速度小；另一方面，在 高温侧的基板的表面，(2)的堆积的速度大而(O的蚀刻的速度小。因 而，通过适度地加大两者的温度差使得蚀刻/堆积的速度差非常大，从而 产生从低温侧的靶向高温侧的基板的较高速的物质移动。靶及基板的成分相同也好不同也好，上述现象都会产生；基板侧的材 质不会成为问题。另外，也不取决于等离子体的生成方法。由于工序进行 到一定程度后而基板的表面被靶物质覆盖，此后就变为以等离子体为媒介 的物质移动，其仅基于(靶材料的)相同物质的温度差。除氢化物为挥发性以外，靶的材质不成问题，因此，通过在事先使靶含有掺杂元素的状态下进行成膜，不使用掺杂气体就可以制造掺杂薄膜。 另外，将由不同的物质构成的两种以上的靶按照与基板对向的方式配置， 由此就可以使这些靶的混合物质成膜在基板上。在这种情况下，优选使耙 周期性地移动来实现成膜物质的均质化。使用了氢气等离子体的这种现象在工业上的重要的应用例之一是耙 以Si为主成分的情况。在这种情况下，所有高价、毒性强、有自燃性的 SiH4等原材料气体、掺杂气体都不使用，而仅采用稳定的固体原材料和氢 气就可以形成多晶Si膜。g卩，本专利技术的方法是适于可在太阳能电池或液晶 显示器等上应用的高性能的多晶Si薄膜的制造的方法。本专利技术的方法可应用于除Si外SiC、 C、 Ge、 Sn、 Ga、 B、 P、 Sb、As等的可以氢化且氢化物为挥发性的所有的物质。在本专利技术的方法中，通过在靶材料中事先混入杂质，可以生成掺杂膜。在本专利技术的方法中，也可以将反应气体设为对压力为10 202kPa (76 1520Torr)的氢添加稀有气体后的混合气体。另外，本专利技术的精制膜制造方法，从包含一种或多种的杂质且其氢化 物为挥发性的靶中，将目的物质的精制物质纯化并取出，其中，在填充有以压力为10 202kPa (76 1520Torr)的氢为主体的反应气 体的反应室内，将基板及所述靶平行地配置；根据靶所包含的各物质的温度一蚀刻率特性，设定基板温度及靶温 度，使得精制物质在靶温度下的蚀刻率比其在基板温度下的蚀刻率大，而 各杂质在基板温度下的蚀刻率比其在靶温度下的蚀刻率大、或者各杂质在 靶温度下的蚀刻率比所述精制物质在靶温度下的蚀刻率小-，使基板和靶之间发生放电，从而在基板上形成精制物质的薄膜。在通过上述精制膜制造方法所得到的薄膜中，为了进一步提高目的物 质的纯度，优选将一次得到的薄膜作为新的薄膜后再次反复上述精制方 法，由此在基板上形成薄膜。在本专利技术中，不必使用例如在现有Si薄膜的成膜中使用的SiH4那样 的有害且高价的成膜气体，仅使用以无害且廉价的氢为主体的气体，因此， 可以将设备的成本抑制到较低。在本专利技术中，原材料的利用效率远比现有的方法高，可以达到约90%以上。另外，在本专利技术中使用了比较高压的氢等离子体，因此，可以进行 比现有的低压溅射法更高速的成膜。而且，靶的挥发利用了由接近大气压 的氢等离子体所引起的化学反应，与现有的利用了低压等离子体的CVD 相比，就使得入射到基板的带电粒子的能量降低，使其对所生成的膜的物 理性的损伤减少。g卩，根据本专利技术的方法，能够制造无缺陷的品质优良的 膜。在本专利技术的方法中，事先将杂质混入靶材料中，由此可以进行掺杂， 所以，不需要有害且高价的掺杂气体。由此，能够使包括气体供给、处理 系统的整体的装置结构简化，从而能够降低设备成本及其运转成本。另外，能够在基板上制作多个靶材料的原材料物质的混合物质的膜或 层叠膜，因此，可以容易地制作复杂的功能膜。由于具有以上的特性，本专利技术的方法适宜制造太阳能电池及平板显示 用的硅系薄膜。另外，将反应气体设定为对压力为10 202kPa (76 1520Torr)的氢 添加了稀有气体的混合气体，从而可对所制作的膜的结构进行调制。本专利技术的精制膜制造方法，持续具有不使用有害且高价的成膜气体而 仅使用以无害且廉价的氢为主体的气体之类的优点。另外，在硅系太阳能 电池中大多使用LSI产业用所制造的晶片的规格外品等，但是，相对于 LSI用硅的纯度要求为99.999999999%以上，太本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膜制造方法，在填充有以压力１０～２０２ｋＰａ（７６～１５２０Ｔｏｒｒ）的氢为主体的反应气体的反应室内，将保持较高温度的基板和保持较低温度的且其氢化物为挥发性的靶以平行方式配置，使基板和靶之间发生放电，从而在基板上形成靶的薄膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：大参宏昌，安武洁，垣内弘章，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]