JP2001223170A - 結晶質シリコン系半導体薄膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低温プラズマＣＶＤ法で形成する結晶質シリ
コン系半導体薄膜の成膜速度を高速化することによっ
て、その生産効率を高めるとともにその特性をも改善す
る。 【解決手段】 結晶質シリコン系半導体薄膜の製造方法
は、そのシリコン系薄膜を基板上にプラズマＣＶＤ法で
堆積する条件として：プラズマ放電電極間距離が１．５
ｃｍ以内であり；反応室圧力が６６７Ｐａ以上であり；
反応ガスにおけるシラン系ガスに対する水素ガスの流量
比が１００倍以上であり；プラズマ放電電力密度が１０
０ｍＷ／ｃｍ²以上に設定され、そして、ガス吹出し電
極から導入された反応ガスが電極間で流れる下流側に進
むにつれて、ガス吹出し電極の所定の単位面積あたりか
ら吹出される反応ガスにおける水素に対するシラン系ガ
スの比率が増大させられること特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体薄膜の製造方
法に関し、特に、結晶質シリコン系（シリコン合金を含
む）半導体薄膜の低コスト化と特性改善に関するもので
ある。なお、本明細書において、「結晶質」と「微結
晶」と「多結晶」の用語は、シリコン系薄膜の技術分野
で一般に用いられているように、部分的に非晶質状態を
含むものをも意味するものとする。

【０００２】

【従来の技術】現在では、プラズマＣＶＤ法が、種々の
半導体薄膜を形成するためにしばしば利用されている。
代表的な例としては、薄膜太陽電池、電子写真コピー機
の感光ドラム、液晶ディスプレイのＴＦＴアレイなどに
必要とされるシリコン系薄膜がプラズマＣＶＤ法を利用
して形成されている。

【０００３】ここで、薄膜太陽電池を例にとれば、その
代表的なものとして非晶質シリコン系太陽電池がある。
非晶質光電変換材料は通常２００℃前後の低い成膜温度
の下でプラズマＣＶＤ法によって形成されるので、ガラ
ス，ステンレス，有機フィルム等の安価な基板上に形成
することができ、低コストの光電変換装置のための有力
材料として期待されている。また、非晶質シリコンにお
いては可視光領域での吸収係数が大きいので、５００ｎ
ｍ以下の薄い膜厚の非晶質光電変換層を用いた太陽電池
において１５ｍＡ／ｃｍ²以上の短絡電流が実現されて
いる。

【０００４】しかし、非晶質シリコン系材料では、Steb
ler-Wronskey効果と呼ばれるように、光電変換特性が長
期間の光照射によって低下するなどの問題を抱えてお
り、さらにその有効感度波長領域が８００ｎｍ程度まで
である。したがって、非晶質シリコン系材料を用いた光
電変換装置においては、その信頼性や高性能化には限界
が見られ、基板選択の自由度や低コストプロセスを利用
し得るという本来の利点が十分には生かされていない。

【０００５】これに対して、近年では、たとえば多結晶
シリコンや微結晶シリコンのような結晶質シリコンを含
む半導体薄膜を利用した光電変換装置の開発が精力的に
行なわれている。これらの開発は、安価な基板上に低温
プロセスで良質の結晶質シリコン薄膜を形成することに
よって光電変換装置の低コスト化と高性能化を両立させ
るという試みであり、太陽電池だけでなく光センサ等の
さまざまな光電変換装置への応用が期待されている。

【０００６】これらの結晶質シリコン薄膜の形成方法と
しては、たとえばＣＶＤ法やスパッタリング法にて基板
上に直接堆積させるか、同様のプロセスで一旦非晶質膜
を堆積させた後に熱アニールやレーザアニールを行なう
ことによって結晶化を図るなどの方法があるが、いずれ
にしても前述のような安価な基板を用いるためには５５
０℃以下のプロセスで行なう必要がある。

【０００７】そのようなプロセスの中でも、プラズマＣ
ＶＤ法によって直接結晶質シリコン薄膜を堆積させる手
法は、プロセスの低温化や薄膜の大面積化が最も容易で
あり、しかも比較的簡便なプロセスで高品質な膜が得ら
れるものと期待されている。このような手法で多結晶シ
リコン薄膜を得る場合、結晶質を含む高品質シリコン薄
膜を何らかのプロセスで一旦基板上に形成した後に、こ
れをシード層または結晶化制御層としてその上に成膜を
することによって、比較的低温でも良質の多結晶シリコ
ン薄膜が形成され得る。

【０００８】一方、水素でシラン系原料ガスを１０倍以
上希釈しかつプラズマ反応室内圧力を１．３〜１３３Ｐ
ａ（１０ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ）の範囲内に設定して
プラズマＣＶＤ法で成膜することによって、微結晶シリ
コン薄膜が得られることはよく知られており、この場合
には２００℃前後の温度でもシリコン薄膜が容易に微結
晶化され得る。たとえば、微結晶シリコンのｐｉｎ接合
からなる光電変換ユニットを含む光電変換装置がAppl,
Phys, Lett., Vol 65, 1994, p.860に記載されている。
この光電変換ユニットは、簡便にプラズマＣＶＤ法で順
次積層されたｐ型半導体層、光電変換層たるｉ型半導体
層およびｎ型半導体層からなり、これらの半導体層のす
べてが微結晶シリコンであることを特徴としている。と
ころが、高品質の結晶質シリコン膜、さらには高性能の
シリコン系薄膜光電変換装置を得るためには、従来の製
法や条件の下ではその成膜速度が厚さ方向で０．６μｍ
／ｈｒに満たないほど遅く、非晶質シリコン膜の場合と
同程度かもしくはそれ以下でしかない。

【０００９】他方、低温プラズマＣＶＤ法で比較的高い
（６６７Ｐａ）の圧力条件の下でシリコン膜を形成した
例が、特開平４−１３７７２５に記載されている。しか
し、この事例はガラス等の基板上に直接シリコン薄膜を
堆積させたものであり、特開平４−１３７７２５に開示
された発明に対する比較例であって、その膜の品質は低
くて光電変換装置へ応用できるものではない。

【００１０】また、一般にプラズマＣＶＤ法の圧力条件
を高くすれば、プラズマ反応室内にパウダー状の生成物
やダストなどが大量に発生する。その場合、堆積中の膜
表面にそれらのダスト等が飛来して堆積膜中に取り込ま
れる危険性が高く、膜中のピンホールの発生原因とな
る。そして、そのような膜質の劣化を低減するために
は、反応室内のクリーニングを頻繁に行なわなければな
らなくなる。特に、５５０℃以下のような低温条件で成
膜する場合には、反応室圧力を高くした場合のこれらの
問題が顕著となる。しかも、太陽電池のような光電変換
装置の製造においては、大面積の薄膜を堆積させる必要
があるので、製品歩留りの低下や成膜装置維持管理ため
の労力およびコストの増大という問題を招く。

【００１１】したがって、シリコン系薄膜をプラズマＣ
ＶＤ法を用いて製造する場合には、上述のように従来か
ら通常は１３３Ｐａ以下の圧力条件が用いられている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前述のような結晶質シ
リコン系半導体薄膜を含む光電変換装置においては、以
下のような問題がある。すなわち、多結晶シリコンであ
ろうと部分的に非晶質相を含む微結晶シリコンであろう
と、太陽電池の光電変換層として用いる場合には、結晶
質シリコンの光吸収係数を考えれば、太陽光を十分に吸
収させるためには少なくとも数μｍから数十μｍもの膜
厚が要求される。これは、非晶質シリコン光電変換層の
場合に比べれば１桁弱から２桁も厚いことになる。

【００１３】しかるに、これまでの技術によれば、プラ
ズマＣＶＤ法によって低温で良質の結晶質シリコン系半
導体薄膜を得るためには、温度，反応室内圧力，高周波
パワー，ならびにガス流量比というような種々の成膜条
件パラメータを検討しても、その成膜速度は非晶質シリ
コン膜の場合と同程度もしくはそれ以下であって、たと
えば０．６μｍ／ｈｒ程度にしかならなかった。この問
題を言い換えれば、結晶質シリコン薄膜光電変換層は非
晶質シリコン光電変換層の何倍から何１０倍もの成膜時
間を要することになり、光電変換装置の製造工程のスル
ープットの向上が困難となって低コスト化の妨げとな
る。

【００１４】上述のような従来技術の課題に鑑み、本発
明の目的は、低温プラズマＣＶＤ法で形成する結晶質シ
リコン系半導体薄膜の成膜速度を高めて製造工程のスル
ープットを向上させ、かつそのシリコン系薄膜の特性を
改善させることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明による結晶質シリ
コン系半導体薄膜の製造方法においては、基板上にその
シリコン系薄膜をプラズマＣＶＤ法で堆積する条件とし
て：プラズマ反応室内において第１の電極上に基板が配
置され；その基板に対向して第２の電極が配置され；第
２電極は中空であって基板に対向する面に複数のガス吹
出し開口を有し、シリコン系薄膜を堆積するための反応
ガスの少なくとも一部はそれらのガス吹出し開口を通し
てプラズマ反応室内に導入され；基板と第２の電極との
間の距離が１．５ｃｍ以内に設定され；プラズマ反応室
内の圧力が６６７Ｐａ以上に設定され；反応ガスは主成
分としてシラン系ガスと水素ガスを含み、反応室内に導
入される全反応ガスに含まれるシラン系ガスに対する水
素ガスの流量比が１００倍以上であり；プラズマ放電電
力密度が１００ｍＷ／ｃｍ²以上に設定され；シリコン
系薄膜の堆積速度が１μｍ／ｈ以上であり、そして、第
２電極から導入された反応ガスが基板と第２電極との間
で流れる下流側に進むにつれて、第２電極の所定の単位
面積あたりから吹出される反応ガスにおける水素に対す
るシラン系ガスの比率が増大させられることを特徴とし
ている。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の１つの実施の形
態により製造される結晶質シリコン系半導体薄膜を含む
シリコン系薄膜光電変換装置を模式的な斜視図で図解し
ている。この光電変換装置の基板１０１にはステンレス
等の金属、有機フィルム、または低融点の安価なガラス
等が用いられ得る。

【００１７】基板１０１上の裏面電極１１０は、下記の
薄膜（Ａ）と（Ｂ）のうちの１以上を含み、たとえば蒸
着法やスパッタリング法によって形成され得る。 （Ａ） Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，ＣｕおよびＰ
ｔから選択された少なくとも１以上の金属またはこれら
の合金からなる層を含む金属薄膜。 （Ｂ） ＩＴＯ，ＳｎＯ₂およびＺｎＯから選択された
少なくとも１以上の酸化物からなる層を含む透明導電性
薄膜。

【００１８】裏面電極１１０上には光電変換ユニット１
１１の内の１導電型半導体層１０４がプラズマＣＶＤ法
にて堆積される。この１導電型半導体層１０４として
は、たとえば導電型決定不純物原子であるリンが０．０
１原子％以上ドープされたｎ型シリコン層、またはボロ
ンが０．０１原子％以上ドープされたｐ型シリコン層な
どが用いられ得る。しかし、１導電型半導体層１０４に
関するこれらの条件は限定的なものではなく、不純物原
子としてはたとえばｐ型シリコン層においてはアルミニ
ウム等でもよく、またシリコンカーバイドやシリコンゲ
ルマニウムなどの合金材料を用いてもよい。１導電型シ
リコン系薄膜１０４は、多結晶，微結晶，または非晶質
のいずれでもよく、その膜厚は１〜１００ｎｍの範囲内
に設定され、より好ましくは２〜３０ｎｍの範囲内に設
定される。

【００１９】結晶質を含むシリコン系薄膜の光電変換層
１０５としては、ノンドープのｉ型多結晶シリコン薄膜
や体積結晶化分率８０％以上のｉ型微結晶シリコン薄
膜、または微量の不純物を含む弱ｐ型もしくは弱ｎ型で
光電変換効率を十分に備えているシリコン系薄膜材料が
使用され得る。また、光電変換層１０５はこれらの材料
に限定されず、シリコンカーバイドやシリコンゲルマニ
ウム等の合金材料を用いてもよい。光電変換層１０５の
膜厚は０．５〜１０μｍの範囲内にあり、結晶質シリコ
ン薄膜光電変換層として必要かつ十分な膜厚を有してい
る。

【００２０】結晶質シリコン系光電変換層１０５の成膜
は、通常に広く用いられている平行平板電極型プラズマ
ＣＶＤ法で行なわれ、周波数が１５０ＭＨｚ以下でＨＦ
帯からＶＨＦ帯までの高周波電源が用いられ得る。な
お、これらのプラズマＣＶＤ法における結晶質シリコン
系光電変換層１０５の成膜温度は、上述した安価な基板
が使用され得る５５０℃以下である。

【００２１】結晶質シリコン系薄膜光電変換層１０５の
堆積時において、プラズマＣＶＤ反応室内で基板を設置
している電極とその基板に対向する電極との距離が１．
５ｃｍ以内に設定され、反応室内圧力が６６７Ｐａ以上
に設定される。また、そのときの高周波パワー密度は１
００ｍＷ／ｃｍ²以上であることが好ましい。さらに、
反応室内に導入されるガスの主成分としてシラン系ガス
と水素ガスを含み、かつシラン系ガスに対する水素ガス
の流量比は５０倍以上にされることが好ましく、１００
倍以上にされることがさらに好ましい。シラン系ガスと
してはモノシラン，ジシラン等が好ましいが、これらに
加えて四フッ化ケイ素，四塩化ケイ素，ジクロルシラン
等のハロゲン化ケイ素ガスを用いてもよい。また、これ
らに加えて希ガス等の不活性ガス、好ましくはヘリウ
ム，ネオン，アルゴン等を用いもよい。以上のような結
晶質シリコン系光電変換層１０５の形成条件において、
その成膜速度が１μｍ／時以上にされ得る。

【００２２】この結晶質シリコン系薄膜１０５に含まれ
る結晶粒の多くは、下地層１０４から上方に柱状に延び
て成長している。これらの多くの結晶粒は膜面に平行に
（１１０）の優先結晶配向面を有し、そのＸ線回折で求
めた（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピー
クの強度比は１／５以下であることが好ましく、１／１
０以下であることがより好ましい。なお、下地層である
１導電型層１０４の表面形状が実質的に平面である場合
でも、光電変換層１０５の形成後のその表面にはその膜
厚よりも約１桁ほど小さい間隔の微細な凹凸を有する表
面テクスチャ構造が形成される。また、得られる結晶質
シリコン系薄膜１０５は、２次イオン質量分析法により
求められる水素含有量が０．１原子％以上で２０原子％
以下の範囲内にあることが好ましい。

【００２３】本発明における結晶質シリコン系薄膜１０
５の形成方法では、従来の１３３Ｐａ以下の圧力条件に
比べて高圧力が用いられるので、膜中のイオンダメージ
が極力低減できる。したがって、成膜速度を速めるため
に高周波パワーを高くしたりガス流量を増加させても、
堆積膜表面でのイオンダメージが少なくて、良質の膜が
高速度で形成され得る。また、高圧力条件で成膜を行な
えば反応室内のパウダー生成による汚染が懸念される
が、原料ガスが水素のような高熱伝導性ガスで大量に希
釈されているので、このような問題も起こりにくい。

【００２４】さらに、以下のような理由により、本発明
では、従来法の場合に比べて高品質の結晶質シリコン系
薄膜１０５が得られる。まず、成膜速度が速いので、反
応室内に残留している酸素や窒素等の不純物原子が膜中
に取り込まれる割合が減少する。また、膜成長初期にお
ける結晶核生成時間が短いために相対的に核発生密度が
減少し、大粒径で強く結晶配向した結晶粒が形成されや
すくなる。さらに、高圧力で成膜すれば、結晶粒界や粒
内の欠陥が水素でパッシベーションされやすく、それら
の欠陥密度も減少する。

【００２５】図２において、上述のような結晶質シリコ
ン系薄膜１０５を形成するために好ましく用いられ得る
プラズマＣＶＤ装置の一例が、模式的な断面図で図解さ
れている。このプラズマＣＶＤ装置においては、反応室
２２１内にプラズマ２２８を生じさせるために、下方の
放電電極２２２と上方の電極２２３が設けられている。
これらの互いに上下に対向する２つの電極２２２，２２
３は少なくとも一方が上下方向、水平方向および／また
は傾斜方向に可動であり、相互の間隔を１．５ｃｍ以下
に縮小することができるとともに１．５ｃｍ以上に拡大
することもできる。

【００２６】基板１０１はバルブ（図示せず）を備えた
出入口２２５を介して反応室２２１内に導入され、上方
の電極２２３上に装着され得る。このとき、電極２２３
へ基板を装着することを容易にするために、両電極２２
２，２２３の間隔が１．５ｃｍ以上に拡大される。下方
の電極２２２は反応ガス２２６を導くように中空にされ
ており、その上面は複数のガス吹出し開口を有してい
る。上方の電極２２３上に基板１０１が装着されれば、
これと下方電極２２２との間隔が１．５ｃｍ以下に縮小
される。反応室２２１の内部は、排気流路２２７を介し
て真空引きされるとともに、下方電極２２２の複数のガ
ス吹出し開口から反応ガスが供給され、それによって所
定の圧力に保持され得る。

【００２７】ところで、非晶質シリコン膜の形成に用い
られる従来の成膜方法では、放電電極間の距離が比較的
大きくて電極面積も小さかったので、ガス吹出し電極の
中央部から吹出されるガスと周辺部から吹出されるガス
との組成比が同じであっても、得られる非晶質シリコン
膜において場所的にその特性の不均一性が生じることは
なかった。しかし、高品質の結晶質シリコン膜を形成す
るためには、前述のように放電電極間距離が狭くされ、
また成膜速度が速いのでシラン系ガスとその１００倍以
上の水素を含む反応ガスの全流量が非常に大きいので、
ガス吹出し電極から導入された反応ガスの流れとプラズ
マ反応によるガスの消費との関係が問題になってくる。
特に、基板サイズが１０ｃｍを超えれば、反応ガスの流
れとその消費との関係が結晶質シリコン膜の特性の場所
的な不均一性に与える影響が無視できなくなる。

【００２８】より具体的には、結晶質シリコン膜が堆積
される間、反応ガスの流れの中でシラン系ガスはその膜
の原料ガスとして消費されていく。しかし、反応ガス中
の水素はその膜中に取込まれたとしても少量であってほ
とんど消費されないので、放電電極間から反応室外へ排
気されることになる。したがって、ガス吹出し電極から
導入された反応ガスがその電極の中央部から周辺部に向
かう方向の流れる場合、そのガス流の下流側である電極
周辺部では、反応ガスに含まれる水素の比率が高くな
る。また、電極の中央部から吹出された水素は電極周辺
部に至るまでにプラズマに長く晒されるのでラジカルな
どの活性種になっている割合が高くなり、電極周辺部で
は反応しやすい水素の比率がさらに上がることになる。
そして、このような状況の下では、形成された結晶質シ
リコン膜の中央部と周辺部とにおいて大きな特性差を生
じ、基板面積が大きいほどその特性差が顕著になる。

【００２９】したがって、本発明ではこのような問題を
防止するために、ガス吹出し電極から導入された反応ガ
スが放電電極間で流れる下流側に進むにつれて、ガス吹
出し電極の所定の単位面積あたりに導入される反応ガス
における水素に対するシラン系ガスの比率が増大させら
れる。こうすることによって、基板上で実際に反応に関
与するシラン系ガスと水素との比率が反応ガス流の上流
と下流にかかわらず一定に保たれ、場所的に特性の変動
がなくて均質で高品質の結晶質シリコン膜が形成され得
る。

【００３０】このように実際に反応に関与するシラン系
ガスと水素との比率を調整する方法の具体例としては、
ガス吹出し電極の複数の開口のうち、反応ガスの上流側
に配置された開口に比べて下流側に配置された開口から
吹出される反応ガスにおけるシラン系ガスの比率を高め
ればよい。

【００３１】また、ガス吹出し電極においてシラン系ガ
スと水素ガスとを一定の比率で含む反応ガスを吹出す複
数の開口をほぼ均一な密度で設け、さらに、その一定比
率より高い比率でシラン系ガスを含む反応ガスを吹出す
複数の開口を反応ガスの上流側より下流側に多く設けて
もよい。

【００３２】図３において、放電電極対の中央部から周
辺部の方向に反応ガスが流れるＣＶＤ法の場合に用いら
れ得るガス吹出し電極の一例の一部が、模式的な平面図
で示されている。このガス吹出し電極３１０において
は、白丸印で表わされた第１種類の複数の開口３１１が
ほぼ均一な密度で配置され、黒丸印で表わされた第２種
類の複数の開口３１２は電極３１０の中央部近くに比べ
て周辺部近くにおいて多く設けられている。すなわち、
第１種類の開口３１１はシラン系ガスと水素ガスとを一
定の比率で含む反応ガスを吹出し、第２種類の開口３１
２はその一定比率より高い比率でシラン系ガスを含む反
応ガスを吹出すために用いられる。

【００３３】図４においては、放電電極対の一方端縁側
から他方端縁側の方向に反応ガスが流れるＣＶＤ装置の
一例が模式的な断面図で示されている。このようなＣＶ
Ｄ装置では、反応室４００内において、ヒータを含む基
板保持電極４２０上に基板１０１が装着される。基板保
持電極４２０に対向して、ガス吹出し電極４１０が配置
されている。ガス吹出し電極４１０からは、矢印４１１
によって表わされているように、反応ガスが導入され
る。これと同時に、反応室４００内には矢印４３０で表
わされているように、水素ガスまたはそれに加えてシラ
ン系ガスを含む反応ガスが右側から導入される。反応室
４００内のガス圧は、矢印４４０で表わされているよう
に排気ポンプ（図示せず）によって左側に排気すること
によって所定の値に維持される。すなわち、ガス吹出し
電極４１０から導入された反応ガス４１１と反応室４０
０の右側から導入された水素または反応ガスとのいずれ
もが電極対の右端縁側から左端縁側に向かう方向に流れ
る。

【００３４】したがって、このような場合には、ガス吹
出し電極４１０において、右端縁側に近い開口に比べて
左端縁側に近い開口から吹出される反応ガスにおけるシ
ラン系ガスの比率を高めればよい。またはこの代わり
に、ガス吹出し電極４１０においてシラン系ガスと水素
ガスとを一定の比率で含む反応ガスを吹出す複数の開口
をほぼ均一な密度で設け、さらに、その一定比率より高
い比率でシラン系ガスを含む反応ガスを吹出す複数の開
口をガス吹出し電極４１０の右端縁側に近い領域に比べ
て左端縁側に近い領域に多く設けてもよい。

【００３５】光電変換層１０５上には、その下地層１０
４とは逆タイプの導電型半導体層１０６としてのシリコ
ン系薄膜がプラズマＣＶＤ法によって堆積される。この
逆導電型シリコン系薄膜１０６としては、たとえば導電
型決定不純物原子であるボロンが０．０１原子％以上ド
ープされたｐ型シリコン薄膜、またはリンが０．０１原
子％以上ドープされたｎ型シリコン薄膜などが用いられ
得る。しかし、逆導電型半導体層１０６についてのこれ
らの条件は限定的なものではなく、不純物原子としては
たとえばｐ型シリコンにおいてはアルミニウム等でもよ
く、またシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等
の合金材料の膜を用いてもよい。この逆導電型シリコン
系薄膜１０６は、多結晶，微結晶，または非晶質のいず
れでもよく、その膜厚は３〜１００ｎｍの範囲内に設定
され、より好ましくは５〜５０ｎｍの範囲内に設定され
る。

【００３６】光電変換ユニット１１１上には、ＩＴＯ，
ＳｎＯ₂，ＺｎＯ等から選択された少なくとも１以上の
層からなる透明導電性酸化膜１０７が形成され、さらに
この上にグリッド電極としてＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，
Ｐｔ等から選択された少なくとも１以上の金属またはこ
れらの合金の層を含む櫛形状の金属電極１０８がスパッ
タリング法または蒸着法によって形成され、これによっ
て図１に示されているような光電変換装置が完成する。

【００３７】なお、図１は本発明による製造方法とプラ
ズマＣＶＤ装置が適用され得るシリコン系薄膜光電変換
装置の１つを例示しているだけであって、本発明は、図
１に示されているような結晶質光電変換層を含む少なく
とも１つの結晶系薄膜光電変換ユニットに加えて、周知
の方法で形成される非晶質光電変換層を含む少なくとも
もう１つの非晶質系薄膜光電変換ユニットをも含むタン
デム型光電変換装置にも適用し得ることは言うまでもな
い。

【００３８】以上で一例として述べたシリコン系薄膜光
電変換装置の一連の製造工程のうちで、スループットを
向上させる上で従来から最も大きな課題であったのは、
大きな膜厚を必要とする結晶質シリコン系半導体薄膜１
０５の製造工程であったことは言うまでもない。しかし
ながら、本発明によれば、その結晶質シリコン系半導体
薄膜の成膜速度が大幅に向上し、しかも、より良質の膜
が得られることから、このようなシリコン系半導体薄膜
を利用する種々の半導体装置の高性能化と低コスト化に
大きく貢献することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、安価な
基板上に結晶質を含むシリコン系半導体薄膜をプラズマ
ＣＶＤ法によって低温で形成する際に従来技術に比べて
成膜速度を大幅に向上させることができ、しかも良好な
膜質が得られるので、結晶質シリコン系半導体薄膜を利
用する種々の半導体装置の高性能化と低コスト化の両方
に大きく貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態による製法によって得ら
れる結晶質シリコン系薄膜光電変換装置の一例を示す模
式的な斜視図である。

【図２】 本発明の実施の形態による製法において用い
られ得るプラズマＣＶＤ装置を示す模式的な断面図であ
る。

【図３】 本発明の実施の形態による製法において用い
られ得るガス吹出し電極の一例の一部を模式的に示す平
面図である。

【図４】 本発明の実施の形態による製法において用い
られ得るＣＶＤ装置の一部を示す模式的な断面図であ
る。

【符号の説明】

１０１ ガラス等の基板、１０２ Ａｇ等の膜、１０３
ＺｎＯ等の膜、１０４ たとえばｎ型の第１導電型微
結晶シリコン層、１０５ 結晶質シリコン系光電変換
層、１０６ たとえばｐ型の逆導電型多結晶シリコン
層、１０７ ＩＴＯ等の透明導電膜、１０８ Ａｇ等の
櫛形電極、１０９ 照射光、１１０ 裏面電極、１１１
結晶質シリコン系光電変換ユニット、２２１ プラズ
マ反応室、２２２ 反応ガス吹出し電極、２２３ 基板
装着用電極、２２５ 基板出入口、２２６ 反応ガス、
２２８ プラズマ、２２７ 排気、３１０ ガス吹出し
電極、３１１ シラン系ガスと水素とを一定比率で含む
反応ガスを吹出す開口、３１２開口３１１に比べてシラ
ン系ガスを多く含む反応ガスを吹出す開口、４００プラ
ズマ反応室、４１０ ガス吹出し電極、４１１ 反応ガ
ス、４２０ 基板保持電極、４３０ 水素ガスまたは反
応ガス、４４０ 排気。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F045 AA08 AB03 AB04 AC01 AD05 AD06 AD07 AE21 CA13 DA58 EE13 EE15 EF05 EF08 EF09 EH13 5F051 AA03 BA14 CA07 CA08 CA15 CA34 CA35 CA36

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶質シリコン系半導体薄膜の製造方法
   であって、 基板上に前記シリコン系薄膜をプラズマＣＶＤ法で堆積
   する条件として、 プラズマ反応室内において第１の電極上に前記基板が配
   置され、 前記基板に対向して第２の電極が配置され、 前記第２電極は中空であって前記基板に対向する面に複
   数のガス吹出し開口を有し、前記シリコン系薄膜を堆積
   するための反応ガスの少なくとも一部は前記ガス吹出し
   開口を通して前記プラズマ反応室内に導入され、 前記基板と前記第２の電極との間の距離が１．５ｃｍ以
   内に設定され、 前記プラズマ反応室内の圧力が６６７Ｐａ（５Ｔｏｒ
   ｒ）以上に設定され、 前記反応ガスは主成分としてシラン系ガスと水素ガスを
   含み、前記反応室内に導入される全反応ガスに含まれる
   シラン系ガスに対する水素ガスの流量比が１００倍以上
   であり、 プラズマ放電電力密度が１００ｍＷ／ｃｍ²以上に設定
   され、 前記シリコン系薄膜の堆積速度が１μｍ／ｈ以上であ
   り、 そして、前記第２電極から導入された反応ガスが前記基
   板と前記第２電極との間で流れる下流側に進むにつれ
   て、前記第２電極の所定の単位面積あたりから吹出され
   る反応ガスにおける水素に対するシラン系ガスの比率が
   増大させられることを特徴とする結晶質シリコン系半導
   体薄膜の製造方法。
2. 【請求項２】 前記第２電極においてシラン系ガスと水
   素ガスとを一定の比率で含む反応ガスを吹出す複数の開
   口がほぼ均一な密度で設けられ、さらに、前記一定比率
   より高い比率でシラン系ガスを含む反応ガスを吹出す複
   数の開口が前記反応ガスの上流側より下流側に多く設け
   られていることを特徴とする請求項１に記載の結晶質シ
   リコン系半導体薄膜の製造方法。
3. 【請求項３】 前記第２電極から吹出された反応ガス
   は、その第２電極の一方端縁側方向から付加的に供給さ
   れる反応ガスまたは水素ガスとともに他方端側へ向けて
   流れることを特徴とする請求項１または２に記載の結晶
   質シリコン系半導体薄膜の製造方法。
4. 【請求項４】 前記シリコン系薄膜は１００〜４００℃
   の範囲内の下地温度の下で形成され得る多結晶シリコン
   膜または体積結晶化分率８０％以上の微結晶シリコン膜
   であり、０．１原子％以上で２０原子％以下の水素を含
   有し、そして０．５〜１０μｍの範囲内の膜厚を有して
   いることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に
   記載の結晶質シリコン系半導体薄膜の製造方法。
5. 【請求項５】 前記シリコン系薄膜はその膜面に平行に
   （１１０）の優先結晶配向面を有し、そのＸ線回折にお
   ける（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピー
   クの強度比が１／５以下であることを特徴とする請求項
   １から４のいずれかの項に記載の結晶質シリコン系半導
   体薄膜の製造方法。