2017 Fiscal Year Research-status Report
マイクロ波急速加熱による薄膜シリコン結晶形成技術の開発
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16K06255
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
蓮見 真彦 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60261153)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | マイクロ波加熱 / シリコン / 活性化 / 結晶化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マイクロ波急速加熱装置の高度化：
平成28年度に実施したマイクロ波により効率的に加熱される炭素粉末吸収体に関する調査結果をもとに、石英管内に炭素粉末とアルゴンガスを封入した発熱構造体（カーボンヒーティングチューブ）を試作した。さらにマイクロ波加熱炉の形状を検討し、マイクロ波の多重反射を利用してカーボンヒーティングチューブにマイクロ波がより効率的に吸収されるよう改造を施した。開発したカーボンヒーティングチューブはマイクロ波電力投入時に非常に強い赤外発光を示し、分光光度計を用いた温度解析により算出したピーク温度は100Wマイクロ波照射時に960℃、200W照射時には1300℃に達した。
カーボンヒーティングチューブを発熱体として用いることにより、炭素粉末により被加熱体を覆って加熱する従来手法で懸念された加熱された炭素粉末による試料への還元効果および試料への炭素不純物の混入を完全に遮断することが可能となり、本手法の加熱技術としての適用可能領域を大幅に拡大することに成功した。
シリコン薄膜結晶化条件の検討：
石英ガラス基板上に形成した膜厚50nmのアモルファスシリコン薄膜のカーボンヒーティングチューブを用いた加熱結晶化を試みた。試料は基板ステージ上に設置し、マイクロ波により加熱されたカーボンヒーティングチューブ直下を掃引して4インチ基板全面の結晶化を達成した。分光反射率スペクトルの多点測定により得られたシリコン薄膜の結晶化率は0.95と見積もられた。この結晶化率は実用化されているレーザ結晶化膜の結晶化率0.9を上回り、本加熱手法により高品質の結晶化膜が形成されたことが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
現在までにマイクロ波加熱装置の高度化として当初計画していた試料サセプタの試作段階が完了した。カーボンヒーティングチューブの試作およびマイクロ波の多重反射を利用したカーボンヒーティングチューブの効率的な加熱が実現した。さらに、放射温度計の計測値に基づきマイクロ波の出力を制御することによる温度調整機能を加熱炉に実装した。これらの研究開発によって、イオン注入不純物活性化条件の検討、拡散ドーピング条件の検討、アモルファスシリコン薄膜結晶化条件の検討のためのマイクロ波加熱実験を進める準備が概ね整った。
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| Strategy for Future Research Activity |
カーボンヒーティングチューブの改良およびマイクロ波の多重反射を利用した効率的な加熱条件について更なる検討を行い、より高速、より高温、より安定した試料の加熱の実現を目指す。
イオン注入法によりシリコン基板に導入された不純物の活性化とともに、低コストが要求されるソーラーセル製造プロセスにおいて特に有用と考えられるマイクロ波加熱を用いた不純物の熱拡散ドーピングについて検討する。
石英ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン薄膜の結晶化について、従来より薄い膜厚試料の結晶化条件について検討する。
本加熱手法の高融点半導体材料への適用について検討する。
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