JP2003505596A5

JP2003505596A5 -

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Publication number: JP2003505596A5
Application number: JP2001512943A
Authority: JP
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2011-06-23
Anticipated expiration: 2020-07-25

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】ステップ：
１．１基板に少なくとも１つのアモルファスＳｉ：Ｈ薄膜をプラズマアシステッドＣＶＤ被覆する、
１．２水素プラズマを用いてアモルファスＳｉ：Ｈ膜をプラズマアシステッド処理し、その際アモルファスＳｉ：Ｈ膜を微結晶質Ｓｉ：Ｈ膜に変換させる、及び
１．３ステップ１．１及び１．２を繰り返す
からなる、基板に微結晶質Ｓｉ：Ｈ膜を製造するプラズマＣＶＤ方法において、
被覆もしくは処理を、被覆ガスもしくは処理ガスは連続的に流し、パルス化した電磁ビ−ムを用いてプラズマを励起することにより実施し、２．５４ＧＨｚのマイクロ波ビ−ムの励起周波数を使用し、電磁ビ−ムのパルスのパルス継続期間を≧０．１ｍｓに設定し、電磁ビ−ムの２つのパルスの間のパルス休止期間を≦２００ｍｓに設定し、基板温度が当該方法の実施中に２００℃を上回らないことを特徴とする、薄膜太陽電池の構成成分用微結晶質Ｓｉ：Ｈ膜を製造するためのプラズマ活性化ＣＶＤ方法。
【請求項２】それぞれ１〜５０のアモルファスＳｉ：Ｈ単一膜からなるアモルファスＳｉ：Ｈ膜を堆積させる請求項１記載の方法。
【請求項３】それぞれ１つの０．１〜５ｎｍのアモルファスＳｉ：Ｈ薄膜を堆積させかつ変換させる請求項１または２記載の方法。
【請求項４】パルス化した水素プラズマでの処理継続時間を３０秒までに設定する請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】基板上に総計５０００ｎｍまでの厚さの微結晶質Ｓｉ：Ｈ膜を製造する請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】プラズマをマイクロ波ビ−ムを用いて励起する請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】１５０ｍＷ／ｃｍ³〜１５００ｍＷ／ｃｍ³の平均マイクロ波ビ−ムを使用する請求項６記載の方法。
【請求項８】少なくとも１種のＳｉ有機膜形成剤を含有する被覆ガスからアモルファスＳｉ：Ｈ膜を堆積させる請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】被覆ガスとしてシラン、ＳｉＨ₄又はクロルシランを使用する請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】被覆ガスに水素を添加する請求項８又は９記載の方法。
【請求項１１】プロセス圧を０．１〜１ヘクトパスカルに設定する請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】各アモルファスＳｉ：Ｈ膜の堆積の後に被覆ガスを交換する請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】基板温度が１００℃を上回らない請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】基板温度が５０℃を上回らない請求項１３記載の方法。
【請求項１５】微結晶質Ｓｉ：Ｈ膜の導電率を１０^-7Ｓ／ｃｍ〜１０Ｓ／cmに設定する請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】ガラス、ガラスセラミック又はプラスチックからなる基板を使用する請求項１から１５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】基板が透明な導電性膜を備えている請求項１６記載の方法。
【請求項１８】透明な導電性膜がＩＴＯ膜、ド−ピングされたＳｎＯ₂膜又はド−ピングされたＺｎＯ膜である請求項１７記載の方法。
【請求項１９】請求項１から１８までのいずれか１項記載のプラズマ活性化ＣＶＤ方法で基板に微結晶質Ｓｉ：Ｈ膜を製造する装置において、装置の内部表面に微結晶質Ｓｉ：Ｈ膜の製造前にアモルファスＳｉ：Ｈ膜が堆積されていることを特徴とする薄膜太陽電池の構成成分用微結晶質Ｓｉ：Ｈ膜を製造するためのプラズマ活性化ＣＶＤ装置。

プラズマパルスＣＶＤ法は公知でありかつ例えば"Journal of the Ceramic Society of Japan, 99 (10), 894-902 (1991)"に記載されている。この方法においては、一般に被覆ガスの連続的流れにおいてプラズマを励起する電磁ビームをパルス化して供給し、その際各パルスにおいて薄膜（典型的には≧０．１ｎｍ）が基板に析出される。各出力パルスにパルス休止期間が続くことにより、温度不安定性の基板でさえもパルス中に高い出力で負荷されうる。これにより、特に高い被覆速度が問題になる基板の温度負荷を必要とせずに可能である。

それぞれのパルスによりパケット状のアモルファスＳｉ：Ｈ膜が堆積された後に、有利に被覆ガスを導出し、新たな被覆ガスを堆積室に導入し、被覆ガスの極めて急速な交換を行う。

有利には０．１〜５ｎｍのアモルファスＳｉ：Ｈ薄膜を堆積させかつ引き続きμｃ−Ｓｉ：Ｈに変換させ、この場合電磁ビームのパルスのパルス継続時間を≧０．１ｍｓにかつ電磁ビームのパルス休止期間、即ち２つのパルスの間の休止期間を≦２００ｍｓに設定する。

アモルファスＳｉ：Ｈ膜は、有利には、少なくとも１種のＳｉ有機膜形成剤を含有する被覆ガスから堆積させ、その際被覆ガスとしてシラン、特にＳｉＨ_４又はクロルシランを使用しかつ０．１〜１ヘクトパスカルの範囲内のプロセス圧を使用する。高い析出速度、即ち比較的高いプロセス圧及び高いパルス出力でも、予測に反して膜内でのダスト又は粉末形成は観察されなかった。

この場合、予め状態調節した反応器内の水素プラズマは、２つの重要な効果を惹起する：一方では、μｃ−Ｓｉ：Ｈ相が有利に形成されかつさらに同時に進行するエッチング効果はマイクロ波窓及びその他の反応器内部表面上の望ましくない膜の剥離をもたらす。それに伴い、水素プラズマは、反応器に対する清浄化作用と結び付いて所望される材料変性にプラスに作用する。それにともない、技術的変更可能性にプラスに作用する明らかに長いメンテナンス間隔を採用することができる。

本発明による方法においては、微結晶質Ｓｉ：Ｈ相の形成プロセスは、先に析出したアモルファスＳｉ：Ｈ膜に作用する水素プラズマが先に析出したアモルファス膜の殆ど完全な表面形成を惹起することによりほぼ間違いなく影響を受ける。表面の水素被覆は、一方では自由原子価の飽和によりかつ他方では再結合エネルギーの調達により膜形成粒子の表面拡散定数の驚異的上昇を生じる。それにより、これらの粒子がエネルギー的に好ましい場所を占有することができることが可能になり、このことは結晶質領域（芽晶）の形成及び引き続いて多数の単層の完全な結晶化を生じる。

こうして形成された膜は、高い結晶性並びに個々の結晶間の粒境界の良好な飽和により優れている。第１の原子層内で形成される芽晶膜（高められたμｃ−Ｓｉ：Ｈ割合）の形成により、変換速度（ａ−Ｓｉからμｃ−Ｓｉへ）が明らかに高められる。このことは本発明によれば速度勾配の意図的なガイドにより可能である。前記の速度勾配の精確な制御は、マイクロ波のパルス化したモードによってのみ可能である。それというのも、それによってのみフレッシュガス及び廃ガスの膜形成に対する影響を意図的に調整することができるからである。さらに、マイクロ波のパルスモードは、高いピーク出力を使用し、ひいては高い堆積速度を得ることを可能にする。この際に、膜形成が粒子の組み込みにより、膜の品質の点で低下されることは観察されない。明らかに、この場合プラズマ境界層からの静電気的影響は大きな役割を演じる。パルスモードは高いピーク出力においても粒子形成を抑制する。その結果として、これらの膜の電子構造素子、特に太陽電池における経済的な使用が初めて代替可能である。

Claims

ステップ：
１．１基板に少なくとも１つのアモルファスＳｉ：Ｈ薄膜をプラズマアシステッドＣＶＤ被覆する、
１．２水素プラズマを用いてアモルファスＳｉ：Ｈ膜をプラズマアシステッド処理し、その際アモルファスＳｉ：Ｈ膜を微結晶質Ｓｉ：Ｈ膜に変換させる、及び
１．３ステップ１．１及び１．２を繰り返す
からなる、基板に微結晶質Ｓｉ：Ｈ膜を製造するプラズマＣＶＤ方法において、被覆もしくは処理を被覆ガスもしくは処理ガスの連続的流れで及びプラズマを励起するパルス化した電磁ビ−ムで実施し、２．５４ＧＨｚのマイクロ波ビ−ムの励起周波数を使用し、電磁ビ−ムのパルスのパルス継続期間を≧０．１ｍｓに設定し、電磁ビ−ムの２つのパルスの間のパルス休止期間を≦２００ｍｓに設定し、基板温度が２００℃を上回らないことを特徴とする、薄膜太陽電池の構成成分用微結晶質Ｓｉ：Ｈ膜を製造するためのプラズマ活性化ＣＶＤ方法。
それぞれ１〜５０のアモルファスＳｉ：Ｈ膜からなるアモルファスＳｉ：Ｈ膜を堆積させる請求項１記載の方法。
それぞれ１つの０．１〜５ｎｍの薄いアモルファスＳｉ：Ｈ膜を堆積させかつ変換させる請求項１または２記載の方法。
パルス化した水素プラズマでの処理継続時間を３０秒までに設定する請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
基板上に総計５０００ｎｍまでの厚さの微結晶質Ｓｉ：Ｈ膜を製造する請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
プラズマをマイクロ波ビ−ムを用いて励起する請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
１５０ｍＷ／ｃｍ³〜１５００ｍＷ／ｃｍ³の平均マイクロ波ビ−ムを使用する請求項５記載の方法。
少なくとも１種のＳｉ有機膜形成剤を含有するアモルファスＳｉ：Ｈ膜を堆積させる請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
被覆ガスとしてシラン、ＳｉＨ₄又はクロルシランを使用する請求項８記載の方法。
被覆ガスに水素を添加する請求項８又は９記載の方法。
プロセス圧を０．１〜１ヘクトパスカルに設定する請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
各アモルファスＳｉ：Ｈ膜の後に被覆ガスを交換する請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
基板温度が１００℃を上回らない請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
基板温度が５０℃を上回らない請求項１３記載の方法。
微結晶質Ｓｉ：Ｈ膜の導電率を１０^-7Ｓ／ｃｍ〜１０Ｓ／cmに設定する請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
ガラス、ガラスセラミック又はプラスチックからなる基板を使用する請求項１から１５までのいずれか１項記載の方法。
基板が透明な導電性膜を備えている請求項１６記載の方法。
透明な導電性膜がＩＴ０膜、ド−ピングされたＳｎＯ₂膜又はド−ピングされたＺｎＯ膜である請求項１７記載の方法。
請求項１から１８までのいずれか１項記載のプラズマ活性化ＣＶＤ方法で基板に微結晶質Ｓｉ：Ｈ膜を製造する装置において、装置の内部表面に微結晶質Ｓｉ：Ｈ膜の製造前にアモルファスＳｉ：Ｈ膜が堆積されていることを特徴とする薄膜太陽電池の構成成分用微結晶質Ｓｉ：Ｈ膜を製造するためのプラズマ活性化ＣＶＤ装置。
基板上の請求項１から１８までのいずれか１項の記載に基づき製造されたＳｉ：Ｈ膜の、薄膜太陽電池の構成成分としての使用。
基板上の請求項１から１８までのいずれか１項の記載に基づき製造されたＳｉ：Ｈ膜の、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の構成成分としての使用。