JP2000355771A

JP2000355771A - 堆積膜形成方法および堆積膜形成装置

Info

Publication number: JP2000355771A
Application number: JP11166973A
Authority: JP
Inventors: Shotaro Okabe; 正太郎岡部; Yasushi Fujioka; 靖藤岡; Akira Sakai; 明酒井; Yuzo Koda; 勇蔵幸田; Tadashi Sawayama; 忠志澤山; Takahiro Yajima; 孝博矢島; Masahiro Kanai; 正博金井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2000-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】電極形状や、周波数に依存する放電の分布、不
均一さを緩和し、より均一な放電を可能にし、特に基体
の移動方向と直角方向（幅方向、短尺方向）の均一性を
改善し、より高性能の積層型素子、より大面積で均一な
プラズマの形成が可能で、高い量産性の堆積膜形成方法
および堆積膜形成装置を提供すること。【解決手段】長尺の帯状部材からなる基体を、放電空間
を有する一つまたは複数の堆積膜形成炉へ連続的に移動
させ、該基体上に堆積膜を形成するプラズマＣＶＤ法に
よる堆積膜形成方法であって、電極を、前記帯状部材の
移動方向に平行な対向する堆積膜形成炉壁から交互に同
一本数ずつ複数個、前記一つまたは複数の堆積膜形成炉
の放電空間に導入し、前記電極を前記基体の移動方向の
同一平面内に平行に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、堆積膜形成方法お
よび堆積膜形成装置に関し、特に、ロール・ツー・ロー
ル方式のように、長尺の基体を移動させながら基体上に
大面積の機能性堆積膜をプラズマＣＶＤ法により連続的
に形成する方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板上に光起電力素子等に用いるｐ、
ｉ、ｎ型の半導体膜を連続的に形成する方法としては、
前記各種半導体層を形成するための独立した成膜室を設
け、これらの各成膜室をゲートバルブを介したロードロ
ック方式にて連結し、基板を各成膜室へ順次移動して各
種半導体層を形成する方法が知られている。上記積層型
素子の量産性を著しく向上させる方法としては、米国特
許第４、４００、４０９号明細書に、ロール・ツー・ロ
ール（ＲｏｌｌｔｏＲｏｌｌ）方式を採用した連続
プラズマＣＶＤ法が開示されている。

【０００３】図４にロール・ツー・ロール方式を採用し
た連続プラズマＣＶＤ装置を示した。この方法によれ
ば、長尺の基体（帯状部材）１１０を基板として、ガス
ゲート１０６、１０７、１０８、１０９により分離され
た複数のグロー放電領域１１１、１１２、１１３におい
て必要とされる導電型の半導体層を堆積形成しつつ、該
基体をその長手方向に連続的に移動させることで、半導
体接合を有する素子を連続形成することができる。図５
は、光起電力素子の半導体層を形成する場合に使われる
ロール・ツー・ロール方式連続成膜装置の成膜チャンバ
ーの一般的な放電炉を示したものである。該放電炉の構
成は、以下の通りである。放電炉２０１内には放電空間
２０２があり、放電空間２０２には、堆積膜の原料とな
る原料ガスがマスフローコントローラーなどの供給量制
御器（不図示）を通してチャンバー内に導かれ供給手段
２０３から放電空間２０２内に供給される。放電空間２
０２にグロー放電を生起、維持するための電力は、外部
の電源（不図示）から放電空間２０２に設置された電極
２０４に印加供給される。グロー放電を生起、維持する
ための電力としては直流やＬＦ、ＲＦ、ＶＨＦ、ＵＨ
Ｆ、ＭＷ帯の交流電力が利用されている。また、放電炉
２０１内のガスは排気口２０５から排気配管（不図示）
を通してチャンバー外の排気ポンプに排気される様にな
っている。長尺の基体２０６は放電空間２０２のプラズ
マに曝されながら該放電炉を移動して通過し、表面に堆
積膜が形成されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、ロー
ル・ツー・ロール方式によると、半導体接合を有する素
子を連続形成することができるが、一方において、その
放電炉のサイズは、製造コストの低減、需要の増大によ
り大量生産が要請され、大型化される傾向にある。すな
わち、ロール・ツー・ロール方式連続成膜装置において
は、帯状部材のよりいっそうの長尺化、移動速度の高速
化、成膜速度の高速化が要請されている。具体的には、
プラズマＣＶＤチャンバーでは放電空間が拡大し、大面
積プラズマ、大容積プラズマが必要となっている。しか
しながら、高品質で、品質にばらつきの少ない製品を高
い収率で生産するには、大面積にわたって一様なプラズ
マを形成し均質な堆積膜を形成しなければならないが、
現実にはさまざまな要因により容易ではない。プラズマ
の状態は、ガス種類、ガス供給量、圧力、電力密度、周
波数、整合状態などに影響される。また、電極から放射
される電力密度は一般的に一様ではなく、放電空間のプ
ラズマ分布は電極形状に影響されるところも大きい。す
なわち、電極上に定在波が立てば、その定在波に依存し
た放射電力密度分布が電極上に、そして放電空間内には
プラズマ分布が生じる。定在波のサイズや強度は、周波
数や投入電力、放電空間のガス雰囲気、整合状態に依存
している。また、電極が長かったり、表面積が大きくな
れば、給電点から離れた電極上ほど電力が放射減衰して
伝播してくるので放射電力密度は小さくなり、給電点か
ら離れるほどプラズマは弱くなる傾向がある。特に長尺
の基体の幅方向に生ずる電極上の放射電力密度、プラズ
マ分布は、基体の表面に形成される堆積膜の膜厚や電気
的、光学的諸特性の幅方向分布（均一性）に多大な影響
を及ぼしている。このように大面積プラズマが要請され
ているなかで放電の均一性を向上させることは重要な課
題となっているのである。

【０００５】以下に、堆積膜の膜厚を例にして前述の放
電分布を説明する。図６は、図５の放電炉を上方から透
視した図であり、放電空間とロッド状アンテナ、長尺の
基体の平面的位置関係を示している。放電炉（堆積膜形
成炉）１内の放電空間２にはロッド状電極５１が基体３
の移動方向に直角に該基体３に重なるように、放電炉の
炉壁８を貫通して導入されている。貫通位置は、長尺の
基体の移動方向中央位置である。該放電炉にて、通常長
尺基体が移動する位置に、放電空間全体を覆うように基
体を設置し、１００ＭＨｚＶＨＦ帯周波数の電力を電極
に印加して該基体上にアモルファスシリコン膜を堆積し
た。なお、放電空間のサイズは、縦、横（図面上の平
面）８０ｃｍ、高さ２０ｃｍ、放電炉内の電極の長さは
７０ｃｍである。ある作成条件により堆積膜の膜厚分布
を図７に示す。形成された堆積膜の膜厚は、不均一であ
り、堆積速度の大きなところは、小さなところの２倍以
上になっている。電極直上の位置ではそうでない位置に
比べて堆積速度が早く膜は厚い。放電空間がさらに大き
くなれば堆積速度の差はさらに拡大することになる。ま
た、電極直上のなかでも膜厚は均一ではなく、電極の導
入根元から先端に向かって堆積速度が落ちる傾向があ
る。これらの膜厚分布は前述の電極上で給電点から離れ
ることで電力が放射減衰して形成されるプラズマ分布を
反映している。図７の右のグラフは、前記堆積膜形成条
件において基体を移動させながら堆積膜を形成したとき
の幅方向の膜厚分布を示す。幅方向で膜厚が均一になら
ないことがわかる。次に２．４５ＧＨｚＭＷ帯周波数の
電力を電極に印加して前述と同様にアモルファスシリコ
ン膜をある条件で堆積した。図８はその時に得た膜厚分
布である。電極直上で膜厚の大小の繰り返しが見られる
が、これは前述の定在波によるプラズマ分布を反映して
いるものである。

【０００６】そこで、本発明は、上記した従来のものに
おける課題を解決し、電極形状や、周波数に依存する放
電の分布、不均一さを緩和し、より均一な放電を可能に
するとともに、基体表面に形成される堆積膜の諸特性の
均一性、特に基体の移動方向と直角方向（幅方向、短尺
方向）の均一性を改善し、より高性能の積層型素子、特
に、高効率の光起電力素子を高収率で作成する堆積膜形
成方法および堆積膜形成装置を提供することを目的とす
る。また、本発明は、より大面積で均一なプラズマの形
成が可能で、高い量産性の堆積膜形成方法および堆積膜
形成装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、堆積膜の形成方法及び装置を、つぎのよ
うに構成したことを特徴とするものである。すなわち、
本発明の堆積膜形成方法は、長尺の帯状部材による基体
を、放電空間を有する一つまたは複数の堆積膜形成炉へ
連続的に移動させ、該放電空間に原料ガスを導入すると
ともに該放電空間の電極に電力を供給してグロー放電を
生起・維持し、該基体上に堆積膜を形成するプラズマＣ
ＶＤ法による堆積膜形成方法であって、前記電極を、前
記帯状部材の移動方向に平行な対向する堆積膜形成炉壁
から交互に同一本数ずつ複数個、前記一つまたは複数の
堆積膜形成炉の放電空間に導入し、前記基体の移動方向
の同一平面内に平行に配置した電極で構成し、該電極に
電力を供給してグロー放電を生起・維持することを特徴
としている。また、本発明の堆積膜形成装置は、放電空
間を有する一つまたは複数の堆積膜形成炉と、堆積膜形
成炉に対する原料ガス導入手段、排気手段、およびグロ
ー放電を生起、維持する電力印加手段としての電極とを
備え、長尺の帯状部材による基体を前記堆積膜形成炉へ
連続的に移動させ、該放電空間におけるグロー放電に曝
して該基体上に堆積膜を形成するプラズマＣＶＤ法によ
る堆積膜形成装置であって、前記電極が、帯状部材の移
動方向に平行な対向する堆積膜形成炉壁から交互に同一
本数ずつ複数個、前記一つまたは複数の堆積膜形成炉の
放電空間に導入し、前記基体の移動方向の同一平面内に
平行に配置してなる電極で構成されていることを特徴と
しており、または、前記電極が、基体の移動する方向に
定在波の腹、節が交互に同数、一直線上に並ぶように、
放電空間内に複数配置してなる電極で構成されているこ
とを特徴としている。そして、本発明のこれらの装置ま
たは方法においては、前記電極が、複数のロッド状電極
で形成され、基体と等距離で同一平面内に互いに平行に
等間隔で配置されることを特徴としている。また、本発
明のこれらの装置および方法は、前記電極が、同一形
状、同一材質であることを特徴としている。また、本発
明のこれらの装置および方法は、電源から電極に至る電
力供給路のインピーダンスがいずれの電極に対しても同
一であることを特徴としている。また、本発明のこれら
の装置および方法は、前記電極に、同一周波数の同一電
力が供給されることを特徴としている。また、本発明の
これらの装置および方法は、前記電極に、ＤＣ電圧また
は異なる周波数の電力が重畳されることを特徴としてい
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は、上記のような特徴を備
えたものであるが、それは、本発明者らのつぎのような
知見に基づくものである。すなわち、本発明者らは従来
のロール・ツー・ロール方式堆積膜形成方法及び装置に
おける上述の諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成
すべく鋭意研究を重ねたところ、放電空間内に複数の電
極を設け、その適切な配置により、ひとつひとつの電極
により生ずるプラズマの空間分布を相殺して移動する基
体上に均一な膜厚、均質な諸膜質を持った堆積膜を形成
することができるということがわかった。プラズマの空
間分布としては、長尺基体の幅方向（短尺方向）のセン
ターライン（移動方向に向く）に対して偏りの少ないプ
ラズマ分布を形成することが、重要である。具体的方法
として、同一形状、材質の電極を基体の移動方向に交互
に放電空間に配列することで、放電空間全体で見たプラ
ズマ分布の偏りが解消され、電極の先端に向かって減衰
する放射電力分布に由来する、移動する基体に形成した
堆積膜の該基体幅方向（短尺方向）の膜厚分布、膜の諸
特性分布が緩和される。

【０００９】また、基体の移動する方向の直線上におい
て定在波の腹、節が交互に同数並ぶように電極が配置さ
れることにより、電極上に形成される定在波に由来する
プラズマ分布のために生ずる、移動する基体に形成した
堆積膜の該基体幅方向（短尺方向）の膜厚分布、膜の諸
特性分布が緩和される。電極の大きさ（長さ）、交互に
配置した電極の交錯する長さは、電極上の定在波の腹、
節が、基体の移動する方向の直線上において交互に並ぶ
ように調節する。電極は、放電空間内で同一形状、同材
質にすることで、電極面内、または表面からの放射電力
密度分布を同一にすることができ、電極を長尺の基体の
移動方向に交互に配列した場合に、放電空間の基体移動
方向センターラインに対して対称な放射電力密度を作る
ことが容易となる。電源から電極に至る電力の伝送路の
インピーダンスは、すべての電極に対して、同一に揃え
ることで、各電極に同じ大きさの電力を投入した場合
に、電極面内、または表面からの放射電力密度分布を同
一にすることを容易にする。電源は前記インピーダンス
が揃えられれば、複数の電極に対して、共通に設けて
も、個別に設けても良い。電極は同一平面内に等間隔で
平行に設置することで、放電空間内で周期的なプラズマ
分布をつくることができる。電極間の距離を調整するこ
とで、周期的プラズマ分布の周期や大小を調整すること
ができる。

【００１０】従来の技術の項で述べた放電炉において、
電極の配置を図９から図１３に示すようなさまざまな構
成に変えて、帯状基体を移動しながら基体上に原料ガス
としてＳｉＨ₄、ＧｅＨ₄を用い、１００ＭＨｚ、５００
ＭＨｚＶＨＦ電力または２．４５ＧＨｚＭＷ電力を供給
してアモルファスシリコンゲルマニウムを形成し、基体
幅方向（移動方向に直角方向）の堆積膜の膜厚分布と膜
特性として光学的バンドギャップ、暗導電率分布を調
べ、均一性を評価した。最も高いものには○印を、成膜
条件によっては著しく劣る構成には△印を、著しく劣る
ものには×印を付けた。この表１の結果によると、同一
形状の電極を交互に同一平面内で平行に導入した構造が
最も均一性が良い。

【００１１】

【表１】

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものでは
ない。（装置例１）図１は、本発明を適用した堆積膜形成装置
の一つの装置例を示すものであり、同図は堆積膜形成炉
の電極配置及び帯状部材との位置関係を上方から俯瞰、
透視して示した図である。図中１は堆積膜形成炉、２は
放電空間、３は長尺基体、４、５はロッド状電極を示
す。同一形状の一対のロッド状電極は、長尺基体の幅方
向（短尺方向）の対向する放電炉壁８、９から放電空間
２内に基体３と直交して重なるように導入され、基体の
移動方向に交互に配置される。

【００１３】（装置例２）図２は本発明の別の堆積膜形
成装置例を示すものである。堆積膜形成炉２１の放電空
間２２には、同一形状のロッド状電極２６〜３１が３本
ずつ（３対）交互に平行に対向する炉壁２４、２５から
導入されている。該電極２６〜３１は炉壁２４、２５の
貫入部から該電極先端までの距離はすべてが等しくなっ
ている。長尺の基体２３は、放電炉の電極が貫入する方
向に直角な堆積膜形成炉センターライン３２に、幅方向
のセンターを合わせて、堆積膜形成炉２１を貫通して移
動するように配置される。本発明の例は、多数のロッド
状電極が配置される例であり、電極の本数は３対６本に
かぎったものではない。基体の移動速度が速い場合や、
厚い堆積膜が必要な場合、堆積速度が遅い場合などに適
用できるが成膜条件に応じて、その本数は調整しなけれ
ばならない。また、電極本数をふやすことで、基体上に
形成される堆積膜の膜厚、諸特性の高い均一性を保持し
つつ、放電空間の面積、容積を基体の移動方向に拡大
し、大面積プラズマを実現することができる。

【００１４】（装置例３）図３は本発明のさらに別の堆
積膜形成装置例を示すものである。基体を複数の放電空
間にわたって移動させながら該複数の放電空間内の総合
的な電極配置により膜厚や特性の均一性を改善すること
もできる。堆積膜形成炉３５、３６、３７、３８は基体
の移動方向に沿って一直線上に配置されている。前記炉
は配置される方向に対して直角な方向は同じ寸法を持
ち、端部も基体の移動方向に沿って一直線上に並ぶよう
になっている。堆積膜形成炉３５、３６は炉壁４９によ
って分離しているが、隣接している。堆積膜形成炉３
６、３７、３８の間には介在物により距離があいている
ことを示している。ロール・ツー・ロール方式の連続成
膜装置において、チャンバーが離れていたりガスゲート
が介在している場合に相当する。該放電炉３５、３６、
３７、３８には同一形状の電極４３、４４、４５、４６
が対向する炉壁から一つずつ交互に放電空間３９、４
０、４１、４２に貫入し基体４７と重なるように配置さ
れている。該電極４３、４４、４５、４６の炉壁貫入部
から該電極先端までの距離はすべてが等しくなってい
る。長尺の基体４７は、堆積膜形成炉３５、３６、３
７、３８のロッド状電極４３、４４、４５、４６が貫入
する方向に直角な堆積膜形成炉センターライン４８に、
幅方向のセンターを合わせて、堆積膜形成炉３５、３
６、３７、３８を順次貫通して移動するように配置され
る。

【００１５】［実施例１］実施例１として、装置例１の
放電炉を図４に示すロール・ツー・ロール方式連続成膜
装置のｉ型半導体層形成チャンバーに組み込んで帯状基
体上にｐｉｎ型アモルファスシリコン光起電力素子を作
成した（実施素子−１）。該光起電力素子は、厚さ０．
１５ｍｍ、幅８０ｃｍのＳＵＳ４３０フェライト系ステ
ンレス帯状基体上に下部電極、ｎ型半導体層、ｉ型半導
体層、ｐ型半導体層、透明電極、集電電極をこの順に形
成した。本発明の堆積膜形成炉は組み込むのは前記半導
体層形成用のロール・ツー・ロール方式連続成膜装置の
ｉ型半導体層形成用チャンバーである。なお、本光起電
力素子では、透明電極側よりの光の入射を前提にしてい
る。まず、帯状基体を連続スパッタによりＡｌを形成
後、電析によりＺｎＯ薄膜を形成して下部電極を形成し
た。引き続き、下部電極を形成した帯状基体を本発明を
適用した前記半導体層連続形成装置にセットして速度１
ｍ／分で連続的に移動させながらｎ型アモルファスＳ
ｉ、ｉ型アモルファスＳｉ、ｐ型微結晶Ｓｉ半導体層を
順次積層形成した。ｎ型、ｐ型半導体層は平行平板電極
を採用した１３．５６ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤ法に
て、ｉ型半導体層は１００ＭＨｚのＶＨＦプラズマＣＶ
Ｄ法により作成した。ｎ型半導体層の形成条件は、原料
ガスＳｉＨ₄を２５０ｓｃｃｍ、Ｈ₂を２０００ｓｃｃ
ｍ、ＰＨ₃を１０ｓｃｃｍとして、ＲＦ３００ｗ、圧力
１Ｔｏｒｒ、基体温度は３００℃とした。ｉ型半導体層
の形成条件は、原料ガスとして、ＳｉＨ₄を５００ｓｃ
ｃｍ、Ｈ₂を２０００ｓｃｃｍを供給し、電極にはそれ
ぞれ別電源から１００ＭＨｚ、１．５ｋｗの電力を投入
し、基体に対してプラスの１００ｖのＤＣ電圧を印加し
た。圧力は、２０ｍｔｏｒｒ、基体温度は２５０℃とし
た。ｐ型半導体層の形成条件は、原料ガスＳｉＨ₄を２
０ｓｃｃｍ、Ｈ₂を３０００ｓｃｃｍ、ＢＦ₃を５ｓｃｃ
ｍとして、ＲＦ８００ｗ、圧力１Ｔｏｒｒ、基体温度を
２５０℃とした。実施素子−１、後述の比較素子１−
１、比較素子１−２の場合ともｉ型半導体層の膜厚は帯
状基体の幅方向センターで等しくなるようにＶＨＦ電力
で調整した。

【００１６】次に、別装置で透明電極と集電電極を形成
して光起電力素子を帯状部材上に作成した。光起電力素
子は受光面積を０．２５ｃｍ²の小セルとし、帯状基体
の幅方向まんべんなくカバーするように端から５ｃｍ間
隔で、各列１００個ずつセルを作成した。作成した光起
電力素子をＡＭ１．５（１０００ｍＷ／ｃｍ²）光の照
射下にて特性評価を行った。比較のためにｉ型半導体層
形成チャンバーに図６、及び図９に示す放電炉を組み込
んで実施例１の手順と同様にしてｐｉｎ型アモルファス
シリコン光起電力素子を作成した（図６の放電炉の組み
込みにより作成した素子を比較素子１−１、図９の放電
炉の組み込みにより作成した素子を比較素子１−２とす
る）。比較素子１−１（図６）では、電極が１本の系で
あり、比較素子１−２（図９）では１方向から電極２本
を導入する系である。比較素子における放電炉は容積、
形状、電極の材質、形状を実施例１（装置例１）と共通
である。ｉ型層作成条件は、帯状基体幅方向センター
で、実施例１と同じ膜厚が得られるようにＶＨＦ電力を
調整した以外は、実施例１と同じである。表２は、得ら
れた光起電力素子の光電特性の均一性（帯状基体幅方
向）を実施素子１と比較素子１−１、１−２とで比較し
た結果である。帯状基体幅方向の特性値の幅（最大値−
最小値）を、実施素子１の値を１として比較素子の値を
相対値として均一性を比較した。比較素子の数値が１よ
り大きいと実施素子の均一性の方が良いことを表してい
る。

【００１７】

【表２】本発明を適用して光起電力素子を作成すると、素子の光
起電力特性の均一性がさらに向上することがわかる。ま
た、素子ごとに変換効率を平均し、実施素子の平均変換
に対する相対値で表すと、表３に示す通りに、実施素子
の変換効率が一番高くなっている。

【００１８】

【表３】［実施例２］次に、実施例２としてｉ型層を２元系のア
モルファスシリコンゲルマニウムに変えて、その他の条
件は全て実施例１と同じにして同様の手順でｐｉｎ型光
起電力素子を作成した（実施素子２）。ｉ型半導体層の
形成条件は、原料ガスとして、ＳｉＨ₄を２５０ｓｃｃ
ｍ、ＧｅＨ₄を２５０ｓｃｍ、Ｈ₂を２０００ｓｃｃｍ供
給し、電極にはそれぞれ別電源から１００ＭＨｚ、１．
５ｋｗの電力を投入し、基板に対してプラスの２００ｖ
のＤＣ電圧を重畳印加した。圧力は、２０ｍｔｏｒｒ、
基体温度は３５０℃とした。比較例としても、実施例１
の場合の比較例と同様にしてアモルファスシリコンゲル
マニウム光起電力素子を作成した（図６の放電炉の組み
込みにより作成した素子を比較素子２−１、図９の放電
炉の組み込みにより作成した素子を比較素子２−２とす
る）。そして、得られた光起電力素子の光電特性を実施
例１の場合と同様の手順で評価した。表４は、得られた
光起電力素子の特性の均一性（帯状基体幅方向）を実施
素子２と比較素子２とで比較した結果である。

【００１９】

【表４】本発明を適用して光起電力素子を作成すると、膜厚の均
一性が向上するのみならず、膜の導電率や、光学的バン
ドギャップの均一性も改善されるために光電特性の均一
性が一段と向上することがわかる。また、素子ごとに変
換効率を平均し、実施素子の平均変換に対する相対値で
表すと、表５に示す通りに、実施素子の変換効率が一番
高くなっている。

【００２０】

【表５】［実施例３］実施例３として、電極への供給電力周波数
をＭＷ帯とし、その他の条件は全て実施例１と同じにし
て同様の手順でｐｉｎ型光起電力素子を作成した（実施
素子３）。ｉ型半導体層の形成条件は、原料ガスとし
て、ＳｉＨ₄を２５０ｓｃｃｍ、ＧｅＨ₄を２５０ｓｃ
ｍ、Ｈ₂を２０００ｓｃｃｍ供給し、電極にはそれぞれ
別電源から２．４５ＧＨｚ、１．５ｋｗの電力を投入
し、また、１３．５６ＭＨｚＲＦを５００ｗ重畳印加し
た。圧力は、２０ｍｔｏｒｒ、基体温度は３５０℃とし
た。比較例としても、実施例１の場合の比較例と同様に
してアモルファスシリコンゲルマニウム光起電力素子を
作成した（図６の放電炉の組み込みにより作成した素子
を比較素子３−１、図９の放電炉の組み込みにより作成
した素子を比較素子３−２とする）。そして、得られた
光起電力素子の光電特性を実施例１の場合と同様の手順
で評価した。表６は、得られた光起電力素子の特性の均
一性（帯状基体幅方向）を実施素子３と比較素子３とで
比較した結果である。

【００２１】

【表６】光起電力素子の光電特性の均一性が向上することがわか
るとともに、電力周波数の広い範囲に本発明が適用でき
ることがわかる。また、素子ごとに変換効率を平均し、
実施素子の平均変換に対する相対値で表すと、表７に示
す通りに、実施素子の変換効率が一番高くなっている。

【００２２】

【表７】［実施例４］次に、実施例４として、ｉ型層形成チャン
バーの放電炉を図２装置例２を採用して、ｉ型層を２元
系のアモルファスシリコンゲルマニウムにし、その他の
条件は全て実施例１と同じにして同様の手順でｐｉｎ型
光起電力素子を作成した（実施素子４）。放電炉の大き
さは、帯状基体の移動方向では装置例１の２倍である。
ｉ型半導体層の形成条件は、原料ガスとして、ＳｉＨ₄
を５００ｓｃｃｍ、ＧｅＨ₄を５００ｓｃｃｍ、Ｈ₂を４
０００ｓｃｃｍ供給し、電極にはそれぞれ別電源から１
００ＭＨｚ、７００ｗの電力を投入し、また、基板に対
してプラスの１００ｖのＤＣ電圧を重畳印加した。圧力
は、２０ｍｔｏｒｒ、基体温度は３５０℃とした。比較
例として、図１０の放電炉を採用して実施例と同様にし
てアモルファスシリコンゲルマニウム光起電力素子を作
成した（図１０の放電炉の組み込みにより作成した素子
を比較素子４−１とする）。比較例の放電炉では、電極
５４〜５９は帯状基体２３の幅方向（短尺方向）の一方
から複数本（５４、５５、５６）連続して導入され、次
に反対方向から同じ本数（５７、５８、５９）が導入配
置される構成になっている。そして、得られた光起電力
素子の光電特性を実施例１の場合と同様の手順で評価し
た。表８は、得られた光起電力素子の特性の均一性（帯
状基体幅方向）を実施素子４と比較素子４とで比較した
結果である。ここでは、比較例としてさらに実施例２を
比較例４−２として並記した。

【００２３】

【表８】多数の電極を帯状部材の移動方向に交互に配置しても、
１組の電極の交互配置の場合と同様に、帯状基体上に形
成された光起電力素子の帯状基体幅方向（短尺方向）の
膜厚や光電特性の均一化に有効である。しかし、電極は
帯状基体の幅方向の一方から複数本連続して導入され、
次に反対方向から同じ本数が導入配置される構成では、
膜厚の均一化に対しては、同様に有効であるが、光電特
性の均一化に対しては、有効ではない。また、素子ごと
に変換効率を平均し、実施素子の平均変換に対する相対
値で表すと、表９に示す通りに、実施素子の変換効率
は、１組の電極の交互配置の場合と同様に、高い。

【００２４】

【表９】［実施例５］実施例５として、ｉ型層形成チャンバーの
放電炉を図３装置例３を採用して、その他の条件は全て
実施例１と同じにして同様の手順でｐｉｎ型光起電力素
子を作成した（実施素子５）。ｉ型半導体層の形成条件
は、各放電炉に原料ガスとして、ＳｉＨ₄を２５０ｓｃ
ｃｍ、Ｈ₂を２０００ｓｃｃｍ供給し、電極にはそれぞ
れ別電源から１００ＭＨｚ、５００ｗの電力を投入し、
また、基板に対してプラスの１００ｖのＤＣ電圧を重畳
印加した。圧力は、２０ｍｔｏｒｒ、基体温度は３２０
℃とした。比較例としては、実施例１の実施素子１を取
り上げ比較素子５とした。そして、得られた光起電力素
子の光電特性を実施例１の場合と同様の手順で評価し
た。表１０は、得られた光起電力素子の特性の均一性
（帯状基体幅方向）を実施素子５と比較素子５とで比較
した結果である。

【００２５】

【表１０】放電炉は複数に分離していても、帯状基体の移動方向に
電極を交互に配置することで光起電力特性の均一性が向
上することがわかる。また、素子ごとに変換効率を平均
し、実施素子の平均変換に対する相対値で表すと、表１
１に示す通りに、実施素子の変換効率は、良好である。

【００２６】

【表１１】［実施例６］実施例６として、ｐｉｎ型Ｓｉ／ＳｉＧｅ
／ＳｉＧｅ（トップ／ミドル／ボトム）トリプルセル構
成の光起電力素子を、トップ、ミドル、ボトムｉ型層形
成チャンバーの放電炉として図１装置例１を採用し、そ
の他の条件は全て実施例１と同じにして、同様の手順で
作成した（実施素子６）。

【００２７】ボトムセルｉ型半導体層の形成条件は、原
料ガスとして、ＳｉＨ₄を２２０ｓｃｃｍ、ＧｅＨ₄を２
８０ｓｃｃｍ、Ｈ₂を２０００ｓｃｃｍ供給し、電極に
はそれぞれ別電源から１００ＭＨｚ、５００ｗの電力を
投入し、また、基板に対してプラスの１００ｖのＤＣ電
圧を重畳印加した。圧力は、２０ｍｔｏｒｒ、基体温度
は３２０℃とした。ミドルセルｉ型半導体層の形成条件
は、原料ガスとして、ＳｉＨ₄を３００ｓｃｃｍ、Ｇｅ
Ｈ₄を２００ｓｃｃｍ、Ｈ₂を２０００ｓｃｃｍ供給し、
電極にはそれぞれ別電源から１００ＭＨｚ、５００ｗの
電力を投入し、また、基板に対してプラスの１００ｖの
ＤＣ電圧を重畳印加した。圧力は、２０ｍｔｏｒｒ、基
体温度は３２０℃とした。トップセルｉ型半導体層の形
成条件は、原料ガスとして、ＳｉＨ₄を５００ｓｃｃ
ｍ、Ｈ₂を２０００ｓｃｃｍ供給し、電極にはそれぞれ
別電源から１００ＭＨｚ、５００ｗの電力を投入し、ま
た、基板に対してプラスの１００ｖのＤＣ電圧を重畳印
加した。圧力は、２０ｍｔｏｒｒ、基体温度は２５０℃
とした。各セルのｎ型層、ｐ型層の作成条件は実施例１
と共通にした。比較のためにｉ型半導体層形成チャンバ
ーに図６、及び図９に示す放電炉を組み込んで実施例１
の手順と同様にしてｐｉｎ型Ｓｉ／ＳｉＧｅ／ＳｉＧｅ
（トップ／ミドル／ボトム）トリプルセル構成の光起電
力素子を作成した（図６の放電炉の組み込みにより作成
した素子を比較素子６−１、図９の放電炉の組み込みに
より作成した素子を比較素子６−２とする）。電極は、
ボトム、ミドル、トップとも基体に対して同じ側（幅方
向）から放電空間に導入することとした。比較素子６−
１では、ボトムセルｉ型半導体層の形成条件は、原料ガ
スとして、ＳｉＨ₄を２２０ｓｃｃｍ、ＧｅＨ₄を２８０
ｓｃｃｍ、Ｈ₂を２０００ｓｃｃｍ供給し、電極には電
源から１００ＭＨｚ、１０００ｗの電力を投入し、ま
た、基板に対してプラスの１００ｖのＤＣ電圧を重畳印
加した。圧力は、２０ｍｔｏｒｒ、基体温度は３２０℃
とした。ミドルセルｉ型半導体層の形成条件は、原料ガ
スとして、ＳｉＨ₄を３００ｓｃｃｍ、ＧｅＨ₄を２００
ｓｃｃｍ、Ｈ₂を２０００ｓｃｃｍ供給し、電極にはそ
れぞれ別電源から１００ＭＨｚ、１０００ｗの電力を投
入し、また、基板に対してプラスの１００ｖのＤＣ電圧
を重畳印加した。圧力は、２０ｍｔｏｒｒ、基体温度は
３２０℃とした。トップセルｉ型半導体層の形成条件
は、原料ガスとして、ＳｉＨ₄を５００ｓｃｃｍ、Ｈ₂を
２０００ｓｃｃｍ供給し、電極にはそれぞれ別電源から
１００ＭＨｚ、５００ｗの電力を投入し、また、基板に
対してプラスの１００ｖのＤＣ電圧を重畳印加した。圧
力は、２０ｍｔｏｒｒ、基体温度は２５０℃とした。比
較素子６−２では、ｉ型半導体層の形成条件は、実施例
６と同じとした。そして、得られた光起電力素子の光電
特性を実施例１の場合と同様の手順で評価した。表１２
は、得られた光起電力素子の特性の均一性（帯状基体幅
方向）を実施素子６と比較素子６とで比較した結果であ
る。

【００２８】

【表１２】本発明を採用することで、トリプルセル型光起電力素子
においては、シングルセル型光起電力素子の場合以上に
基体幅方向の光電特性分布が改善されることがわかる。
また、素子ごとに変換効率を平均し、その値を実施素子
の平均変換効率に対する相対値で表すと、表１３に示す
通りに、実施素子の変換効率は、向上していた。

【００２９】

【表１３】

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
移動する長尺の帯状部材による基体上にプラズマＣＶＤ
法によって堆積膜を形成する方法または装置において、
電極を、該帯状部材の移動方向に平行な対向する堆積膜
形成炉壁から交互に同一本数ずつ複数個、前記一つまた
は複数の堆積膜形成炉の放電空間に導入し、前記基体の
移動方向の同一平面内に平行に配置した構成とし、該電
極に電力を供給してグロー放電を生起・維持すること
で、電極形状や、周波数に依存する放電の分布、不均一
さを緩和し、より均一な放電を可能にするとともに、基
体表面に形成される堆積膜の諸特性の均一性、特に基体
の移動方向と直角方向（幅方向、短尺方向）の均一性を
改善し、より高性能の積層型素子、特に、高効率の光起
電力素子を高収率で作成することができる。また、本発
明によると、より大面積で均一なプラズマの形成が可能
となり、高い量産性の堆積膜形成方法および堆積膜形成
装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の電極配置である。

【図２】本発明の装置の別の電極配置である。

【図３】本発明の装置のさらに別の電極配置である。

【図４】典型的なロール・ツー・ロール方式連続成膜装
置である。

【図５】ロール・ツー・ロール方式の放電炉である。

【図６】電極配置の従来例である。

【図７】図６の電極配置での膜厚分布である。

【図８】図６の電極配置での別の膜厚分布である。

【図９】電極配置の比較例である。

【図１０】電極配置の比較例である。

【図１１】電極配置の比較例である。

【図１２】電極配置の比較例である。

【図１３】電極配置の比較例である。

【符号の説明】

１、２１、３５、３６、３７、３８、２０１：堆積膜形
成炉２、２２、３９、４０、４１、４２、１１１、１１２、
１１３、２０２：放電空間３、２３、４７、１１０、２０６：基体４、５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、４３、
４４、４５、４６、２０４、５１、５２、５３、５４、
５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６
３、６４、６５：電極（電力供給手段）８、９、２４、２５、４９：炉壁１００：ロール・ツー・ロール装置１０１、１０２、１０３：成膜チャンバー１１４、１１５：ボビン２０３：ガス供給手段２０５：排気手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者酒井明東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者幸田勇蔵東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者澤山忠志東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者矢島孝博東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者金井正博東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2H068 DA23 DA71 EA24 EA30 4K030 AA06 AA17 BA09 BA29 BA30 BB04 CA17 FA03 GA14 JA16 JA18 JA20 KA08 KA15 KA20 KA30 KA46 5F045 AA08 AA09 AB01 AB03 AB04 AC01 AD06 AD07 AE17 AE21 AF10 BB01 BB08 CA13 DA52 DP22 DQ15 EH04 EH20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長尺の帯状部材による基体を、放電空間を
有する一つまたは複数の堆積膜形成炉へ連続的に移動さ
せ、該放電空間に原料ガスを導入するとともに該放電空
間の電極に電力を供給してグロー放電を生起・維持し、
該基体上に堆積膜を形成するプラズマＣＶＤ法による堆
積膜形成方法であって、前記電極を、前記帯状部材の移動方向に平行な対向する
堆積膜形成炉壁から交互に同一本数ずつ複数個、前記一
つまたは複数の堆積膜形成炉の放電空間に導入し、前記
基体の移動方向の同一平面内に平行に配置した電極で構
成し、該電極に電力を供給してグロー放電を生起・維持
することを特徴とする堆積膜形成方法。
【請求項２】前記電極は、複数のロッド状電極で形成さ
れ、基体と等距離で同一平面内に互いに平行に等間隔で
配置されることを特徴とする請求項１に記載の堆積膜形
成方法。
【請求項３】前記電極が、同一形状、同一材質であるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の堆積膜
形成方法。
【請求項４】前記電極において、電源から電極に至る電
力供給路のインピーダンスがいずれの電極に対しても同
一であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれ
か１項に記載の堆積膜形成方法。
【請求項５】前記電極には、同一周波数の同一電力が供
給されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれ
か１項に記載の堆積膜形成方法。
【請求項６】前記電極には、ＤＣ電圧または異なる周波
数の電力が重畳されることを特徴とする請求項１〜請求
項５のいずれか１項に記載の堆積膜形成方法。
【請求項７】放電空間を有する一つまたは複数の堆積膜
形成炉と、堆積膜形成炉に対する原料ガス導入手段、排
気手段、およびグロー放電を生起、維持する電力印加手
段としての電極とを備え、長尺の帯状部材による基体を
前記堆積膜形成炉へ連続的に移動させ、該放電空間にお
けるグロー放電に曝して該基体上に堆積膜を形成するプ
ラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置であって、前記電極が、帯状部材の移動方向に平行な対向する堆積
膜形成炉壁から交互に同一本数ずつ複数個、前記一つま
たは複数の堆積膜形成炉の放電空間に導入し、前記基体
の移動方向の同一平面内に平行に配置してなる電極で構
成されていることを特徴とする堆積膜形成装置。
【請求項８】放電空間を有する一つまたは複数の堆積膜
形成炉と、堆積膜形成炉に対する原料ガス導入手段、排
気手段、およびグロー放電を生起、維持する電力印加手
段としての電極とを備え、長尺の帯状部材による基体を
前記堆積膜形成炉へ連続的に移動させ、該放電空間にお
けるグロー放電に曝して該基体上に堆積膜を形成するプ
ラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置であって、前記電極が、基体の移動する方向に定在波の腹、節が交
互に同数、一直線上に並ぶように、放電空間内に複数配
置してなる電極で構成されていることを特徴とする堆積
膜形成装置。
【請求項９】前記電極が、複数のロッド状電極で形成さ
れ、基体と等距離で同一平面内に互いに平行に等間隔で
配置されていることを特徴とする請求項７または請求項
８に記載の堆積膜形成装置。
【請求項１０】前記電極が、同一形状、同一材質である
ことを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれか１項に
記載の堆積膜形成装置。
【請求項１１】前記電極において、電源から電極に至る
電力供給路のインピーダンスがいずれの電極に対しても
同一であることを特徴とする請求項７〜請求項１０のい
ずれか１項に記載の堆積膜形成装置。
【請求項１２】前記電極には、同一周波数の同一電力が
供給されることを特徴とする請求項７〜請求項１１のい
ずれか１項に記載の堆積膜形成装置。
【請求項１３】前記電極には、ＤＣ電圧または異なる周
波数の電力が重畳されることを特徴とする請求項７〜請
求項１２のいずれか１項に記載の堆積膜形成装置。