JP2002299259A - 薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成方法Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 管壁に付着した汚染物質で堆積膜のドーピン
グ濃度の制御性が悪くなるという問題があった。 【解決手段】 チャンバ内へ導入された原料ガスを触媒
体に接触させて化学的活性種を生成し、この化学的活性
種を基板上に輸送してＳｉ膜を堆積する薄膜形成方法で
あって、上記チャンバ内に加熱手段を設けると共に、上
記Ｓｉ膜を堆積する際に、上記チャンバの内壁温度を前
記加熱手段で１００℃以上に保持する。
グ濃度の制御性が悪くなるという問題があった。 【解決手段】 チャンバ内へ導入された原料ガスを触媒
体に接触させて化学的活性種を生成し、この化学的活性
種を基板上に輸送してＳｉ膜を堆積する薄膜形成方法で
あって、上記チャンバ内に加熱手段を設けると共に、上
記Ｓｉ膜を堆積する際に、上記チャンバの内壁温度を前
記加熱手段で１００℃以上に保持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜形成方法に関
し、特に薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池などに用いられるＳｉ
膜を好適に形成することができる薄膜形成方法に関す
る。
し、特に薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池などに用いられるＳｉ
膜を好適に形成することができる薄膜形成方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池は製造の低コス
ト化と高い変換効率の両立が可能な次世代民生用太陽電
池の主力型として有望視されており、その実用化が大い
に期待されている。
ト化と高い変換効率の両立が可能な次世代民生用太陽電
池の主力型として有望視されており、その実用化が大い
に期待されている。
【０００３】薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池においては、特に
高品質な光活性層を大面積に製膜する手法と高速に製膜
する手法の確立が急務とされており、この製膜手法とし
て触媒ＣＶＤ法が近年着目されている。触媒ＣＶＤ法は
装置構成が簡易で、ガス利用効率も高い等といった特長
を有し、多結晶Ｓｉ膜の形成においても高速製膜および
大面積製膜が可能であることが既に実証されている。
高品質な光活性層を大面積に製膜する手法と高速に製膜
する手法の確立が急務とされており、この製膜手法とし
て触媒ＣＶＤ法が近年着目されている。触媒ＣＶＤ法は
装置構成が簡易で、ガス利用効率も高い等といった特長
を有し、多結晶Ｓｉ膜の形成においても高速製膜および
大面積製膜が可能であることが既に実証されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この触
媒ＣＶＤ法においては、原料ガスと触媒体の接触反応に
よって生じる多量のエッチング活性種によってチャンバ
内壁等の管壁に付着した膜がエッチングされ、この成分
が堆積膜に取り込まれる（以下、ケミカルトランスポー
トと記す）という問題がある。このため、同一の堆積室
を用いて異なるドーピング濃度のＳｉ膜を形成する際に
は、管壁からのケミカルトランスポートのために任意の
ドーピング制御が困難であるという問題があった。な
お、エッチング活性種には、水素ラジカル、一部のシリ
ルラジカル、高エネルギーを有した分子などがある。ま
た、チャンバ内壁はチャンバの外枠の表面を指すのに対
して、管壁はこれにシャワーヘッド等の内部構成部材の
表面をも含めたものを指す。
媒ＣＶＤ法においては、原料ガスと触媒体の接触反応に
よって生じる多量のエッチング活性種によってチャンバ
内壁等の管壁に付着した膜がエッチングされ、この成分
が堆積膜に取り込まれる（以下、ケミカルトランスポー
トと記す）という問題がある。このため、同一の堆積室
を用いて異なるドーピング濃度のＳｉ膜を形成する際に
は、管壁からのケミカルトランスポートのために任意の
ドーピング制御が困難であるという問題があった。な
お、エッチング活性種には、水素ラジカル、一部のシリ
ルラジカル、高エネルギーを有した分子などがある。ま
た、チャンバ内壁はチャンバの外枠の表面を指すのに対
して、管壁はこれにシャワーヘッド等の内部構成部材の
表面をも含めたものを指す。
【０００５】上述の問題に対する従来の解決方法として
は、管壁の付着膜をメカニカルまたはケミカルにエッチ
ング除去する方法や、ドーピング濃度または導電型別に
個々の堆積室を設けるといった手法が採用されてきた。
は、管壁の付着膜をメカニカルまたはケミカルにエッチ
ング除去する方法や、ドーピング濃度または導電型別に
個々の堆積室を設けるといった手法が採用されてきた。
【０００６】しかしながら上記の手法においては各種メ
ンテナンスおよび付加設備に関するコストを要するうえ
に、装置の稼働率が大幅に低下する要因となっていた。
ンテナンスおよび付加設備に関するコストを要するうえ
に、装置の稼働率が大幅に低下する要因となっていた。
【０００７】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、触媒ＣＶＤ法における管壁か
らのケミカルトランスポートを抑制し、堆積膜のドーピ
ング濃度の制御性を向上させた薄膜形成方法を提供する
ことを目的とする。
みてなされたものであり、触媒ＣＶＤ法における管壁か
らのケミカルトランスポートを抑制し、堆積膜のドーピ
ング濃度の制御性を向上させた薄膜形成方法を提供する
ことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る薄膜形成方法では、チャンバ内へ導
入された原料ガスを触媒体に接触させて化学的活性種を
生成し、この化学的活性種を基板上に輸送してＳｉ膜を
堆積する薄膜形成方法において、前記チャンバ内に加熱
手段を設けると共に、前記Ｓｉ膜を堆積する際に、前記
チャンバの内壁温度を前記加熱手段で１００℃以上に保
持することを特徴とする。
に、請求項１に係る薄膜形成方法では、チャンバ内へ導
入された原料ガスを触媒体に接触させて化学的活性種を
生成し、この化学的活性種を基板上に輸送してＳｉ膜を
堆積する薄膜形成方法において、前記チャンバ内に加熱
手段を設けると共に、前記Ｓｉ膜を堆積する際に、前記
チャンバの内壁温度を前記加熱手段で１００℃以上に保
持することを特徴とする。
【０００９】上記薄膜形成方法では、前記触媒体がタン
グステン、タンタル、白金、およびモリブデンのうちの
いずれか１種または複数種から成ることが望ましい。
グステン、タンタル、白金、およびモリブデンのうちの
いずれか１種または複数種から成ることが望ましい。
【００１０】また、上記薄膜形成方法では、前記触媒体
が前記加熱手段を兼ねると共に、前記チャンバの内壁温
度を前記触媒体からの熱輻射によって１００℃以上に保
持するようにしてもよい。
が前記加熱手段を兼ねると共に、前記チャンバの内壁温
度を前記触媒体からの熱輻射によって１００℃以上に保
持するようにしてもよい。
【００１１】また、上記薄膜形成方法では、前記チャン
バの内壁温度を壁面内部および／または近傍を循環する
温冷媒によって１００℃以上に保持するようにしてもよ
い。
バの内壁温度を壁面内部および／または近傍を循環する
温冷媒によって１００℃以上に保持するようにしてもよ
い。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、各請求項に係る発明の実施
形態を詳細に説明する。図１は本発明に係るＳｉ膜の形
成装置の実施例を示す概略図であり、１はチャンバ、２
はガス導入口、３aは加熱触媒体、３ｂは加熱体、４は
基板、５は温冷媒である。
形態を詳細に説明する。図１は本発明に係るＳｉ膜の形
成装置の実施例を示す概略図であり、１はチャンバ、２
はガス導入口、３aは加熱触媒体、３ｂは加熱体、４は
基板、５は温冷媒である。
【００１３】チャンバ１内の上部に下方を向けて基板４
を配設するとともに、チャンバ１の下部にガス導入口２
を設けたものである。また、基板４とガス導入口２との
間に加熱触媒体３aを配設し、これを通電加熱すること
により同触媒体３ａからの熱輻射によりチャンバ１の内
壁の表面温度を１００℃以上に保持する。つまり、従来
はチャンバの構成部材であるＳＵＳ等が５００℃程度の
高温になると、不純物を放出することが懸念されたため
に、チャンバ壁が２０℃程度になるように水冷されてい
たが、４００℃程度であれば不純物放出の問題は発生せ
ず、むしろ２０℃程度に過冷却すると、却って悪影響が
でることが判明した。
を配設するとともに、チャンバ１の下部にガス導入口２
を設けたものである。また、基板４とガス導入口２との
間に加熱触媒体３aを配設し、これを通電加熱すること
により同触媒体３ａからの熱輻射によりチャンバ１の内
壁の表面温度を１００℃以上に保持する。つまり、従来
はチャンバの構成部材であるＳＵＳ等が５００℃程度の
高温になると、不純物を放出することが懸念されたため
に、チャンバ壁が２０℃程度になるように水冷されてい
たが、４００℃程度であれば不純物放出の問題は発生せ
ず、むしろ２０℃程度に過冷却すると、却って悪影響が
でることが判明した。
【００１４】図２に示すように、チャンバ１の内壁を１
００℃以上に加熱することでＳｉのエッチングレートが
大幅に低減し、チャンバ１の内壁からのケミカルトラン
スポートを抑制することが可能となる。つまり、ケミカ
ルトランスポートは、管壁に付着したＳｉがエッチング
され、これによって発生した種が堆積膜に取り込まれる
現象を示し、Ｓｉのエッチングレートが低下するとエッ
チングによって発生する種の密度が減少し、堆積膜に取
り込まれる絶対量が減少し、ケミカルトランスポートは
抑制される。
００℃以上に加熱することでＳｉのエッチングレートが
大幅に低減し、チャンバ１の内壁からのケミカルトラン
スポートを抑制することが可能となる。つまり、ケミカ
ルトランスポートは、管壁に付着したＳｉがエッチング
され、これによって発生した種が堆積膜に取り込まれる
現象を示し、Ｓｉのエッチングレートが低下するとエッ
チングによって発生する種の密度が減少し、堆積膜に取
り込まれる絶対量が減少し、ケミカルトランスポートは
抑制される。
【００１５】図２はＳｉ膜のエッチング深さの基板温度
依存性を示す図であり、基板温度が７０℃のときはＳｉ
膜のエッチング深さは７５００ｎｍであるのに対し、基
板温度が１００℃になるとＳｉ膜のエッチング深さは２
５００ｎｍになり、約１／３になる。もって、基板温度
とチャンバ１の内壁温度は略同じとみなすと、内壁温度
を１００℃以上に設定することにより、チャンバ１の内
壁からのケミカルトランスポートを著しく抑制できるこ
とが理解できる。
依存性を示す図であり、基板温度が７０℃のときはＳｉ
膜のエッチング深さは７５００ｎｍであるのに対し、基
板温度が１００℃になるとＳｉ膜のエッチング深さは２
５００ｎｍになり、約１／３になる。もって、基板温度
とチャンバ１の内壁温度は略同じとみなすと、内壁温度
を１００℃以上に設定することにより、チャンバ１の内
壁からのケミカルトランスポートを著しく抑制できるこ
とが理解できる。
【００１６】図１に示すように、基板４とガス導入口２
との間に配設された加熱触媒体３aからの熱輻射により
チャンバ１の内壁の表面温度を１００℃以上に保持する
が、加熱触媒体３aによる輻射熱のみでは不充分な場合
には、チャンバ１の内壁の近傍にこれを加熱するための
加熱手段３ｂを設けてもよい。
との間に配設された加熱触媒体３aからの熱輻射により
チャンバ１の内壁の表面温度を１００℃以上に保持する
が、加熱触媒体３aによる輻射熱のみでは不充分な場合
には、チャンバ１の内壁の近傍にこれを加熱するための
加熱手段３ｂを設けてもよい。
【００１７】このとき、通常はチャンバ１の内壁部に対
する冷却は行わないが、チャンバ１の内壁構成部材の変
質、蒸発等を誘発するような高温になる場合は、１００
℃以上の表面温度を保持できる範囲内で適宜冷却を行う
ことが望ましい。例えば、チャンバ１の側壁をジャケッ
ト構造等として、この内部に３００℃程度の高温域まで
使用可能なシリコーン系オイル等の温冷媒５を循環させ
ることによりチャンバ１の内壁の表面温度を制御しても
よい。
する冷却は行わないが、チャンバ１の内壁構成部材の変
質、蒸発等を誘発するような高温になる場合は、１００
℃以上の表面温度を保持できる範囲内で適宜冷却を行う
ことが望ましい。例えば、チャンバ１の側壁をジャケッ
ト構造等として、この内部に３００℃程度の高温域まで
使用可能なシリコーン系オイル等の温冷媒５を循環させ
ることによりチャンバ１の内壁の表面温度を制御しても
よい。
【００１８】また、基板４はガラスなどの絶縁基板やＳ
ＵＳなどで構成され、支持板内にヒータなどの加熱手段
（不図示）を設けることによって、５００℃程度の温度
まで加熱することができるように構成されている。この
場合、基板４には既存の付着膜が存在しないので、ケミ
カルトランスポートの影響を考慮する必要はない。
ＵＳなどで構成され、支持板内にヒータなどの加熱手段
（不図示）を設けることによって、５００℃程度の温度
まで加熱することができるように構成されている。この
場合、基板４には既存の付着膜が存在しないので、ケミ
カルトランスポートの影響を考慮する必要はない。
【００１９】前記加熱触媒体３aおよび加熱手段３ｂは
タングステン、タンタル、白金、およびモリブデンのう
ちのいずれか１種または複数種から成る。
タングステン、タンタル、白金、およびモリブデンのう
ちのいずれか１種または複数種から成る。
【００２０】このような装置を用いて、ガス導入口２よ
りＨ2、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＳｉＨ xＣｌy、Ｂ2Ｈ6、Ｐ
Ｈ3、Ａｒ、Ｈｅ等のプロセスガスを導入し、加熱触媒
体３aおよび加熱体３ｂに接触させて活性化した後、こ
の活性化したガスを基板４の表面に輸送して、基板４上
にＳｉ膜を堆積する。
りＨ2、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＳｉＨ xＣｌy、Ｂ2Ｈ6、Ｐ
Ｈ3、Ａｒ、Ｈｅ等のプロセスガスを導入し、加熱触媒
体３aおよび加熱体３ｂに接触させて活性化した後、こ
の活性化したガスを基板４の表面に輸送して、基板４上
にＳｉ膜を堆積する。
【００２１】
【実施例】ＳｉＨ4流量１ｓｃｃｍ、Ｂ2Ｈ6（濃度５０
０ｐｐｍ）流量１０ｓｃｃｍ、加熱触媒体温度１９００
℃、製膜ガス圧力０.７Ｐaと設定した高ドープの条件下
で製膜し、チャンバ１の内壁に充分にＳｉ膜を付着さ
せ、次いで同一チャンバを用いて、チャンバ１の内壁を
水冷した条件（チャンバ１の内壁温度約２０℃）および
本方式を用いた条件（チャンバ１の内壁温度約１５０
℃）それぞれについて、ＳｉＨ4流量１ｓｃｃｍ、Ｈ2流
量９ｓｃｃｍ、Ｂ2Ｈ6流量１ｓｃｃｍ、加熱触媒体温度
１９００℃、製膜ガス圧力０.７Ｐa、基板温度３００℃
で多結晶Ｓｉ膜を形成し、導電率の評価を行った。リフ
ァレンスとしてＢ2Ｈ6／ＳｉＨ4流量比を変化させて製
膜したサンプルの評価を行なった。
０ｐｐｍ）流量１０ｓｃｃｍ、加熱触媒体温度１９００
℃、製膜ガス圧力０.７Ｐaと設定した高ドープの条件下
で製膜し、チャンバ１の内壁に充分にＳｉ膜を付着さ
せ、次いで同一チャンバを用いて、チャンバ１の内壁を
水冷した条件（チャンバ１の内壁温度約２０℃）および
本方式を用いた条件（チャンバ１の内壁温度約１５０
℃）それぞれについて、ＳｉＨ4流量１ｓｃｃｍ、Ｈ2流
量９ｓｃｃｍ、Ｂ2Ｈ6流量１ｓｃｃｍ、加熱触媒体温度
１９００℃、製膜ガス圧力０.７Ｐa、基板温度３００℃
で多結晶Ｓｉ膜を形成し、導電率の評価を行った。リフ
ァレンスとしてＢ2Ｈ6／ＳｉＨ4流量比を変化させて製
膜したサンプルの評価を行なった。
【００２２】その結果を併せて図３に示す。評価結果よ
り、チャンバ１の内壁を水冷した条件（チャンバ１の内
壁温度２０℃）下で作製したＳｉ膜（図３中の管壁水冷
条件）は、本方式を用いた条件（チャンバ１の内壁温度
１５０℃）下のもの（図３中の本方式）に比して高い導
電率を示していることが分かる。これは、前者において
はチャンバ１の内壁に付着した高ドープのＳｉ膜の成分
がケミカルトランスポートされて製膜サンプルに取り込
まれ、結果としてＢがオートドープされたためであると
思われる。
り、チャンバ１の内壁を水冷した条件（チャンバ１の内
壁温度２０℃）下で作製したＳｉ膜（図３中の管壁水冷
条件）は、本方式を用いた条件（チャンバ１の内壁温度
１５０℃）下のもの（図３中の本方式）に比して高い導
電率を示していることが分かる。これは、前者において
はチャンバ１の内壁に付着した高ドープのＳｉ膜の成分
がケミカルトランスポートされて製膜サンプルに取り込
まれ、結果としてＢがオートドープされたためであると
思われる。
【００２３】一方、本方式を用いた後者においてはチャ
ンバ１の内壁温度を高温とすることで、原子状水素等の
エッチング活性種のチャンバ１の内壁表面近傍での滞在
時間が短縮され、これにより上記ケミカルトランスポー
トが抑制されているものと考えられる。これは、後者の
製膜速度が前者に比して約１０％程度低いことからも推
測される。
ンバ１の内壁温度を高温とすることで、原子状水素等の
エッチング活性種のチャンバ１の内壁表面近傍での滞在
時間が短縮され、これにより上記ケミカルトランスポー
トが抑制されているものと考えられる。これは、後者の
製膜速度が前者に比して約１０％程度低いことからも推
測される。
【００２４】なお、図３中の曲線が本体正常な同伝率の
特性を示しており、本方式においてはこの曲線上にデー
タが乗っているが、従来の管壁を水冷する条件ではケミ
カルトランスポートの影響を受けて不意に導電率が上昇
している。ちなみに、図３中の小さい○は、管壁にＳｉ
膜が付着していない状態、すなわちケミカルトランスポ
ートが起こらない状態でとったデータである。
特性を示しており、本方式においてはこの曲線上にデー
タが乗っているが、従来の管壁を水冷する条件ではケミ
カルトランスポートの影響を受けて不意に導電率が上昇
している。ちなみに、図３中の小さい○は、管壁にＳｉ
膜が付着していない状態、すなわちケミカルトランスポ
ートが起こらない状態でとったデータである。
【００２５】
【発明の効果】以上のように、請求項１に係る薄膜形成
方法によれば、チャンバ内へ導入された原料ガスを触媒
体に接触させて化学的活性種を生成し、この化学的活性
種を基板上に輸送してＳｉ膜を堆積する薄膜形成方法に
おいて、前記チャンバ内に加熱手段を設けると共に、前
記Ｓｉ膜を堆積する際に、前記チャンバの内壁温度を前
記加熱手段で１００℃以上に保持することから、チャン
バ１の内壁に付着したＳｉ膜からのケミカルトランスポ
ートが抑制されるため、堆積するＳｉ膜のドーピング濃
度制御性が向上する。
方法によれば、チャンバ内へ導入された原料ガスを触媒
体に接触させて化学的活性種を生成し、この化学的活性
種を基板上に輸送してＳｉ膜を堆積する薄膜形成方法に
おいて、前記チャンバ内に加熱手段を設けると共に、前
記Ｓｉ膜を堆積する際に、前記チャンバの内壁温度を前
記加熱手段で１００℃以上に保持することから、チャン
バ１の内壁に付着したＳｉ膜からのケミカルトランスポ
ートが抑制されるため、堆積するＳｉ膜のドーピング濃
度制御性が向上する。
【図１】本発明の薄膜形成方法を示す図である。
【図２】本発明の薄膜形成方法におけるＳｉのエッチン
グ量の温度依存性を示す図である。
グ量の温度依存性を示す図である。
【図３】本発明の薄膜形成方法のＳｉ膜の導電率測定結
果を示す図である。
果を示す図である。
１： チャンバ ２： ガス導入口 ３ａ：加熱触媒体 ３ｂ：加熱体 ４： 基板 ５： 温冷媒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｘ (72)発明者 松村 英樹 石川県金沢市南四十万３丁目93番地 (72)発明者 増田 淳 石川県金沢市馬替２丁目56番地の１ Ｆターム(参考） 4G069 AA02 AA08 BB02A BC56A BC59A BC60A BC75A CD10 DA06 EE03 4G072 AA01 AA02 BB09 BB12 GG03 HH03 HH07 LL01 LL03 NN13 RR01 RR11 UU02 4K030 AA06 AA17 BA29 FA17 JA10 KA22 KA46 LA16 5F045 AA03 AB03 AC01 AC05 AC16 AC19 AD07 AE15 BB06 BB14 DP05 EK07 GB05 5F051 AA05 AA16 BA11 CA14 CA21
Claims (4)
- 【請求項１】 チャンバ内へ導入された原料ガスを触媒
体に接触させて化学的活性種を生成し、この化学的活性
種を基板上に輸送してＳｉ膜を堆積する薄膜形成方法に
おいて、前記チャンバ内に加熱手段を設けると共に、前
記Ｓｉ膜を堆積する際に、前記チャンバの内壁温度を前
記加熱手段で１００℃以上に保持することを特徴とする
薄膜形成方法。 - 【請求項２】 前記触媒体がタングステン、タンタル、
白金、およびモリブデンのうちのいずれか１種または複
数種から成ることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形
成方法。 - 【請求項３】 前記触媒体が前記加熱手段を兼ねると共
に、前記チャンバの内壁温度を前記触媒体からの熱輻射
によって１００℃以上に保持することを特徴とする請求
項１または請求項２に記載の薄膜形成方法。 - 【請求項４】 前記チャンバの内壁温度を壁面内部およ
び／または近傍を循環する温冷媒によって１００℃以上
に保持することを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成
方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001100390A JP2002299259A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001100390A JP2002299259A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 薄膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002299259A true JP2002299259A (ja) | 2002-10-11 |
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ID=18953833
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|---|---|---|---|
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-
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