[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及高速、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。

背景技术

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1)。

专利文献1：日本特开2002-270519号公报

专利文献2：日本特开平18-008180号公报

非专利文献1：麻蒔立男著「薄膜作製の基礎」(《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缩回而产生微粒，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。

发明内容

本发明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，本发明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发明的膜制造方法，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。

本发明的原理如下。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MH_x(x＝1，2...)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(1)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，优选使靶周期性地移动来实现成膜物质的均质化。