JP2004031701A - Cat-pecvd method, film formed using the same, thin film device equipped with the film, and film processing system - Google Patents

Cat-pecvd method, film formed using the same, thin film device equipped with the film, and film processing system Download PDF

Info

Publication number
JP2004031701A
JP2004031701A JP2002186861A JP2002186861A JP2004031701A JP 2004031701 A JP2004031701 A JP 2004031701A JP 2002186861 A JP2002186861 A JP 2002186861A JP 2002186861 A JP2002186861 A JP 2002186861A JP 2004031701 A JP2004031701 A JP 2004031701A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
gas
gas introduction
cat
introduction pipe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2002186861A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3759076B2 (en
Inventor
Kouichirou Shinraku
新楽 浩一郎
Hideki Shiroma
白間 英樹
Hisashi Higuchi
樋口 永
Kota Nishimura
西村 剛太
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2002186861A priority Critical patent/JP3759076B2/en
Publication of JP2004031701A publication Critical patent/JP2004031701A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3759076B2 publication Critical patent/JP3759076B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Cat-plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method through which a film having high uniformity in film thickness and film quality can be formed with high productivity, and to provide a film formed through the above method, a thin film device using the film, and a film processing system. <P>SOLUTION: This Cat-PECVD method a method in which is material gases containing Si and/or C in their molecular formulas, and non-Si/non-C gases which are heated by a thermal catalyst and contain no Si/no C in their molecular formulas, are jetted out into a film forming space from a plurality of gas exhaust nozzles provided to the hollow parts of a firs and a second gas introduction tubes, passing through the hollow parts of the first and second gas introduction tubes each equipped with a hollow structure as the material gases pass through the first gas introduction tube serving also as an antenna electrode and the non-Si/non-C gases pass through the second gas introduction tube. The gases jetted into the film forming space and mixed together are made to deposit the film on a substrate by the use of plasma produced by the first gas introduction tube connected to a high-frequency power supply. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製膜用ガスの分解・活性化手段にプラズマを用いたCVD(Chemical Vapor Deposition)法であるPECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition:プラズマCVD)法と、製膜用ガスの分解・活性化手段に熱触媒体を用いたCVD法であるCat−CVD(Catalytic Chemical Vapor Deposition:触媒CVD)法(HW−CVD(ホットワイヤーCVD)法も同一原理)とを融合させた、従来にない新しいCVD法であるCat−PECVD法、その方法を用いて形成した膜、およびその膜を用いて形成した薄膜デバイスに関し、特に薄膜Si系太陽電池等に代表される光電変換装置におけるSi系薄膜を高速で高品質に、しかも大面積にわたって均一膜厚かつ均質膜質で製膜でき、さらには非常に高い生産性をもって製膜を行える技術に関する。
【0002】
【従来技術およびその課題】
高品質・高速製膜技術は、各種薄膜デバイスの高性能・低コスト化には不可欠であり、特に光電変換装置の代表格である薄膜Si系太陽電池においては、Si系膜の高品質・高速製膜に加えて、大面積製膜、さらには高生産性も同時に要求されている。
【0003】
Si系薄膜の低温製膜法としては、大別してPECVD法とCat−CVD法とがこれまでに知られており、ともに水素化アモルファスシリコン膜や結晶質シリコン膜の形成を中心に活発な研究開発がなされてきている。
【0004】
図8に従来例1としてPECVD装置を、図9に従来例2としてCat−CVD装置を示す。図8中の500はシャワーヘッド、501はガス導入口、502はガス噴出口、503はプラズマ空間、504はプラズマ生成用電極、505は高周波電源、506は基体、507は基体加熱ヒーター、508はガス排気用真空ポンプ、509は電気絶縁用の絶縁部材である。また、図9中の600はシャワーヘッド、601はガス導入口、602はガス噴出口、603は活性ガス空間、604は熱触媒体、605は熱触媒体の加熱用電源、606は基体、607は基体加熱ヒーター、608はガス排気用真空ポンプである。
【0005】
ここでSiHガスとHガスを用いてSi膜を形成する場合を例にとると、図8に示したPECVD装置では、シャワーヘッド500に設けられたガス導入口501から導入された前記ガスは、ガス噴出口502からプラズマ空間503に導かれ、該プラズマ空間503にて励起活性化されて堆積種を生じ、これが対向した基板506上に堆積してSi膜が形成される。ここで前記プラズマは、高周波電源505を用いることで生成させる。
【0006】
また、図9に示したCat−CVD装置では、シャワーヘッド600に設けられたガス導入口601から導入された前記ガスは、ガス噴出口602から製膜空間に導かれ、該製膜空間に設置されている熱触媒体604にて活性化されて活性ガス空間603を形成し堆積種を生じ、これが対向した基板606上に堆積してSi膜が形成される。ここで熱触媒体604の加熱は、加熱用電源605を用いることで実現する。
【0007】
しかしながら、これらの従来技術には以下に述べる問題点があった。すなわち、PECVD法では、高速製膜を実現するには、プラズマパワーを大きくしてSiHガスやHガスの分解を促進する必要があるが、このプラズマパワーの増大は、とりもなおさずプラズマ中の電子温度Teを高める(プラズマポテンシャルVpはTeに比例して増大する)ことに他ならないので、一方で製膜表面へのイオン衝撃の増大や、SiH分子の生成速度増大に起因した高次シランの生成促進(最終的には粉体の生成促進)につながり、高品質化に逆行する要素の招来を避けられなかった。
【0008】
ここで、プラズマパワーの増大に代えてプラズマの励起周波数をVHF帯以上とすれば、プラズマポテンシャルVpの低減によってイオン衝撃は低減され、水素化アモルファスシリコン膜や結晶質シリコン膜の高品質製膜には有効ではあるが(J. Meier et al, Technical digest of 11th PVSEC (1999) p. 221, O. Vetterl et al, Technical digest of 11th PVSEC (1999) p. 233、などを参照)、結晶質Si膜の形成には充分な原子状水素の生成が必要であり、このためにはいかにVHF帯周波数を用いてもある程度以上の高速製膜を求めると、どうしてもプラズマパワーの増大は避けられず、やはり前記した問題の招来を避けられなかった。
【0009】
そこで、プラズマパワーを上げることなく原子状水素密度を上げる方策として、水素希釈率を上げること、すなわちガス流量比H/SiHを上げることが考えられるが、これではSiHガスの分圧が下がってしまい、このままでは高速製膜には逆行する方向にあるので、結局はプラズマパワーを増大させてSiHの分解を促進させねばならず、やはり前記した問題の招来を避けられなかった。
【0010】
また、プラズマパワーを増大させてもイオン衝撃を軽減できる方策として製膜圧力を上げることが考えられるが、製膜圧力の上昇は一方でガス分子密度の増大による高次シラン生成反応の促進を招くことにもなるので、この方法もまた粉体生成などの膜品質低減要因を排除することは困難であった。
【0011】
一方、Cat−CVD法では、プラズマを用いないので、前記したイオン衝撃の問題は原理的に存在せず、また粉体発生も極めて少なく、さらに原子状水素の生成が非常に促進されるので結晶質Si膜を比較的容易に高速に形成でき、さらには大面積化についても原理的な制約がないため、近年とみに注目を集めている(H. Matsumura, Jpn. J. Appl. Phys. 37 (1998) 3175−3187、 R. E. I. Schropp et al, Technical digest of 11th PVSEC (1999) p. 929−930などを参照)。
【0012】
しかし、現状では熱触媒体からの輻射による基体温度上昇の問題が避けられず、高品質な膜を安定して形成することは必ずしも容易ではない。またSiHガスを熱触媒体で直接分解するために、原子状Siの生成が避けられない。この原子状Siは高品質Si膜の形成には好ましくないものであり、また原子状Siが気相中でHやHなどと反応して生じるSiHやSiHといったラジカルも高品質Si膜の形成には同じく好ましくないので、高品質な結晶質Si膜の高速形成は非常に困難であった。
【0013】
以上の課題に対して、本発明者らはかねてからPECVD法とCat−CVD法との融合化の検討を進め、既に、特願2000−130858号、特願2001−293031号、さらには特願2002−67445号において、熱触媒体内蔵カソード型のCat−PECVD法を開示してきた。
【0014】
図10に代表的な装置構造を示す。図10中の700はシャワーヘッド、701は原料系ガス導入口、702は非Si非C系ガス導入口、703は原料系ガス導入経路、704は非Si非C系ガス導入経路、705は熱触媒体、706は加熱用電源、707はプラズマ空間、708はプラズマ生成用電極、709は高周波電源、710は原料系ガス噴出口、711は非Si・非C系ガス噴出口、712は被製膜用の基体、713は基体加熱用ヒーター、714はガス排気用真空ポンプ、715は輻射遮断部材である。
【0015】
このCat−PECVD法は、Si系原料ガスとHガスとを分離導入し、Hガスはガス導入経路に設置された熱触媒体705によって加熱・活性化され、Si系ガスとはプラズマ空間707中で混合されることによって膜の形成を行うものであって、高速製膜条件下であっても容易に結晶性の高い高品質結晶質Si膜が得られるものである。これは、この方法では熱触媒体を用いることでHの分解・活性化量を、SiHのプラズマによる分解・活性化量とは独立に自由に制御できること、またSiHはプラズマのみによって活性化されるので、熱触媒体705による好ましくないラジカル生成を避けられること、また、輻射遮断部材715を設置することもできるので、熱触媒体705から基体712に直達する輻射を遮断でき製膜表面温度の好ましくない上昇を避けられること、さらには熱触媒体705を使う副次効果としてのガスヒーティング効果によって、気相中での高次シラン生成反応が抑制されること(SiH分子の挿入反応による高次シラン生成反応は発熱反応であるため、ガスヒーティングによるガス温度の上昇は高次シラン生成反応に対してブレーキをかける効果を持つ)、などによるものと考えられる。さらに、シャワーヘッド700を使用すること、およびプラズマ生成用電極708として、従来の平板状電極に換えて非平板状の電極(例えばアンテナ電極)を用いることによって、27MHz以上の高周波電源を用いても大面積での均一膜厚・均質膜質製膜を実現できる能力を備えていた。また、この場合のさらに特殊な形態として、非平板状電極がシャワーヘッドを兼ねる方式も一部開示されていた。以上によって、1m角サイズでの満足できる均一膜厚分布(目安としては±15%以内)や均質膜質分布(例えば、結晶化率分布として±15%以内、効率特性分布として±10%以内)を高速・高品質製膜条件下で得ることができていた。
【0016】
しかしながら、これら顕著な効果を奏する本発明者らによる先行技術においても、前記非平板状電極がシャワーヘッドを兼ねる方式の技術はさらに改良すべき余地があり、特に装置の高生産性について画期的な技術開発が望まれていた。
【0017】
そこで本発明者らは、これらの課題を解決するために、特願2002−155537〜155544において開示したアンテナ電極型のCat−PECVD法を開発した。すなわち中空構造を有したアンテナ電極の中空部に熱触媒体を内蔵させる全く新規な製膜技術を発明した。これによってVHF帯を用いた高周波でも均一な大面積プラズマの生成を実現すると同時に、熱触媒体を付加した効果により、高速製膜条件下においても、例えば高品質な水素化アモルファスシリコン膜や結晶質シリコン膜などの製膜が可能となった。そしてアンテナ電極を複数個並列に配置したアレイ状アンテナ電極を製膜室に複数個並列配置することで、複数基体への同時製膜が可能となり、非常に生産性の高い膜処理システムを実現することができた。
【0018】
しかしながら、前記熱触媒体を内蔵したアンテナ電極においては、該アンテナ電極にプラズマを生成するために供給されるVHF帯の高周波電力と、該アンテナ電極内部の熱触媒体を加熱するために供給される電力との相互作用によってプラズマ生成が必ずしも安定しない場合があるという問題がなお残されていた。また、熱触媒体を内蔵したアンテナ電極は、該熱触媒体からの輻射熱によって加熱変形する場合があるという問題が残されていた。
【0019】
なお、Technical digest of 11th PVSEC (1999) p779には、プラズマCVD装置において、水素ガスの導入ポートの直後に熱触媒体を配置したものが開示されている。水素ガスとシランガスの導入ポートは異なっているが、この水素ガスとシランガスはシャワー電極を通すものではなく、大面積での均一な膜厚分布や膜質分布を得ることは困難である。また、熱触媒体はシャワー電極で製膜空間と隔離されていないので、シランガスとの接触反応の低減は不可能であり、高品質製膜においては好ましくない原子状Siや、それとの気相反応生成分子である同じく高品質製膜においては好ましくないSiHやSiH等のラジカル生成は避けられない。また輻射遮断構造やプラズマ生成周波数のVHF帯化の概念も示されておらず高品質化は困難である。また後記する本発明の中核をなすアンテナ電極を用いるものでもない。
【0020】
また、Technical digest of 16th EPSEC (2000) p421には、容量結合型RFプラズマCVD装置において、熱触媒体をプラズマ空間に設置したものが開示されているが、ガスを分離して導入するものではなく、また導入されるガスはシャワー電極を通すものでもない。また、熱触媒体をプラズマ空間に設置してあるので基体への輻射遮断は不可能である。また、アンテナ電極の概念もない。
【0021】
また、特許第2692326号には、触媒体と基板との間にガスが通過できる輻射遮断部材を設置した触媒CVD法が開示されているが、原料ガスが熱触媒体で活性化されないようにガス分離して導入するものではなく、プラズマによる原料ガスの活性化を行うものでもない。もちろんアンテナ電極の概念もない。
【0022】
また、特開平10−310867号公報には、プラズマ発生用電極とガス導入口との間に触媒電極を備えた薄膜形成装置が開示されているが、原料ガスを分離して導入するものではなく、また輻射遮断構造を有するものでもない。またアンテナ電極の概念もない。
【0023】
また、特開平11−54441号公報には、熱触媒体が配置される容器内に原料ガスが供給され、この容器内部が基板と隔絶されており、ガス吹き出し口から差圧によりガスが基板に供給される触媒CVD装置が開示されているが、原料ガスを分離して導入するものではなく、またPECVD法に関するものでもない。またアンテナ電極の概念もない。
【0024】
また、特許第1994526号公報には、原料ガスとこの原料ガスを分解するための加熱ガスとを導入して膜を形成する方法が開示されているが、シャワーヘッドを用いるものではなく、また輻射遮断構造を有するものでもない。またアンテナ電極の概念もない。
【0025】
また、特許第1994527号公報には、原料ガスを熱分解して膜形成する方法が開示されているが、原料ガスを熱分解しない方法ではなく、また輻射遮断構造を有するものでもない。また、プラズマを用いるものではなく、シャワーヘッドを用いるものでもない。もちろんアンテナ電極の概念もない。
【0026】
また、特許第1927388号公報には、製膜空間にタングステンからなるメッシュ状の活性化手段を設けて水素を含むガスを活性化して膜堆積させる方法が開示されているが、原料ガスを熱分解することなく分離導入する方法ではなく、輻射遮断構造を有するものでもない。またアンテナ電極の概念もない。
【0027】
また、特許第2547741号公報には、一方の輸送管が他方のそれを内部に配置する構造で、SiHとHとを分離導入する方法が開示されているが、シャワーヘッドを用いるものではなく、また輻射遮断構造を有するものでもない。またアンテナ電極の概念もない。
【0028】
また、特許第2927944号公報には、水素ガスを成膜空間とは異なる空間で活性化して、これを原料ガスと混合、接触させてプラズマ領域を形成し、上記水素ガスの活性化を周期的にすることで基体がプラズマに間欠的・周期的に晒されるようにして膜堆積を行う方法が開示されているが、シャワーヘッドを用いるものではなく、また輻射遮断構造を有するものでもない。またアンテナ電極の概念もない。
【0029】
また、特開2000−114256号公報には、原料ガスに触媒を作用させて分解し、これをプラズマ処理して膜形成する方法が述べられているが、原料ガスを分離導入するものではなく、またシャワーヘッドを用いるものでもなく、また輻射遮断構造を有するものでもない。またアンテナ電極の概念もない。
【0030】
また、特開2000−331942号公報には、プラズマ発生部から基板表面に至る近傍に設置された表面反応機構部分を有した装置構成で膜形成する方法が開示されているが、原料ガスを熱分解することなく分離導入するものではなく、またシャワーヘッドを用いるものではない。また、熱触媒体はプラズマと基板の間にあるので、基板への輻射遮断は不可能である。またアンテナ電極の概念もない。
【0031】
また、特開2000−323421号公報には、SiHとHとを分離導入し、SiHガスはプラズマで活性化してイオンおよびラジカルを基板に照射し、Hガスはガス導入口に具備した加熱触媒体で活性化させて基板に照射する方法が開示されているが、シャワーヘッドを用いるものではなく、また輻射遮断構造を有するものでもない。またアンテナ電極の概念もない。
【0032】
また、特開平9−137274号公報には、プラズマ空間にSiHとHとを分離導入し、Hは導入過程で熱やプラズマなどで活性化する方法が開示されているが、シャワーヘッドを用いるものではなく、また輻射遮断構造を有するものでもない。またアンテナ電極の概念もない。
【0033】
また、特開平4−236781号公報には、梯子状の平面形コイル(ラダー)電極を用いた大面積均一製膜に優れたアンテナ電極型PECVD装置が開示されているが、熱触媒体を用いてガスを加熱・活性化するものではない。
【0034】
また、特開2001−295052号公報には、誘導結合型電極にAM変調したVHF高周波(20〜600MHz〜マイクロ波)を供給することで大面積均一膜厚製膜を可能とするアンテナ電極型PECVD装置が開示されているが、熱触媒体を用いてガスを加熱・活性化するものではない。
【0035】
また、特開平7−41950号公報には、難分解性ガスを予めガス加熱用ヒーターで加熱し、プラズマ中での分解性を向上させて高品質膜を得る方法が開示されているが、熱触媒体を用いるものではなく、従ってアンテナ電極内に熱触媒体を設置するものではなく、またガスを加熱するのみで活性化(分解)するに至るものでもない。またSiHとHとを分離導入して、Hのみを熱触媒体で加熱・活性化するものでもない。
【0036】
また、特開平6−283436号公報には、反応性ガスを加熱導入して、高速製膜を実現する方法が述べられているが、熱触媒体を用いるものではなく、従ってアンテナ電極内に熱触媒体を設置するものではなく、またガスを加熱するのみで活性化(分解)するに至るものでもない。またSiHとHとを分離導入して、Hのみを熱触媒体で加熱・活性化するものでもない。
【0037】
また、特開平5−283344号公報には、梯子状平面形コイル電極の線材に、線材の温度を独立に制御できるヒーターを組み込み、反応容器内の反応ガス圧力分布を制御して、均一・均質製膜を実現する方法が述べられているが、熱触媒体を用いるものではなく、従ってアンテナ電極内に熱触媒体を設置するものではなく、またガスを加熱するのみで活性化(分解)するに至るものでもない。またガスをガス種によって分離導入するものでもない。
【0038】
本発明は、このような背景のもとになされたものであり、Si系膜あるいはC系膜について、これらを高速かつ高品質に、そして大面積にわたって均一膜厚かつ均質膜質で製膜することができ、さらには非常に高い生産性を実現できるCat−PECVD法、およびそれを用いて形成した膜、およびその膜を用いて作製したデバイスを提供することを目的とする。
【0039】
【課題を解決するための手段】
本発明のCat−PECVD法は、分子式にSiおよび/またはCを含むガスを含んだ原料系ガスと、ガス導入経路に配設された熱触媒体によって加熱される分子式にSiとCを含まないガスからなる非Si非C系ガスとが、それぞれ分離された状態で、製膜空間に設置された中空構造を有した第1及び第2のガス導入管の中空部を通ってこれらガス導入管に設けられた複数のガス噴出口から前記製膜空間に噴出されるにあたって、前記原料系ガスはアンテナ電極を兼ねる前記第1のガス導入管を通して、前記非Si非C系ガスは前記第2のガス導入管を通して、それぞれ前記製膜空間に噴出され、該製膜空間に噴出された前記原料系ガスと前記非Si非C系ガスの混合ガスは、前記第1のガス導入管に接続された高周波電源からの高周波電力によって生成されたプラズマによって分解・活性化されて、前記製膜空間において前記第1及び第2のガス導入管に対向して配置された基体に膜が堆積されることを特徴とする。
【0040】
また、前記第2のガス導入管は非金属材料からなることを特徴とする。
【0041】
また、特に前記アンテナ電極を兼ねる第1のガス導入管は、棒状、またはU字状であること、前記熱触媒体は前記第2のガス導入管の中空部に設置されていること、前記ガス導入管は複数個並列配置されてアレイ状ガス導入管ユニットを成していること、前記基体は前記アレイ状ガス導入管ユニットの両側に配置されること、前記基体のアレイ状ガス導入管ユニットに対面する面とは反対側の面には基体加熱ヒーターが配置されていること、前記アレイ状ガス導入管ユニットは、1製膜室に複数個存在し、且つ各ユニットはそれぞれのアレイ面が平行になるように配置されており、それぞれのアレイ状ガス導入管ユニットによる両面同時製膜が行える装置構成となっていること、および前記原料系ガス導入経路および/または前記非Si非C系ガス導入経路に、前記膜中にドーピングするためのガスを導入すること、をそれぞれ特徴とする。
【0042】
また、本発明の膜は上記Cat−PECVD法で形成されたことを特徴とする。そして特に、この膜は、前記原料系ガスには分子式にSiを含んだガスは含まれるが分子式にCを含んだガスは含まれず、前記非Si非C系ガスにはHが含まれることによって形成されたSi系膜であること、前記Si系膜は水素化アモルファスSi膜であり、該膜中の水素濃度は15atomic%以下であること、前記Si系膜は結晶質Si膜であり、該膜中の水素濃度は10atomic%以下であること、前記原料系ガスには分子式にSiを含むガスと分子式にCを含むガスが含まれ、前記非Si非C系ガスにはHが含まれることによって形成されたSi−C系膜であること、前記原料系ガスには分子式にSiを含むガスが含まれ、前記非Si非C系ガスにはHが含まれ、原料系ガスあるいは非Si・非C系ガスの少なくともいずれかに分子式にNを含むガスが含まれることによって形成されたSi−N系膜であること、前記原料系ガスには分子式にSiを含むガスが含まれ、前記非Si非C系ガスには分子式にOを含むガスが含まれることによって形成されたSi−O系膜であること、前記原料系ガスには分子式にSiを含むガスとGeを含むガスが含まれ、前記非Si非C系ガスにはHが含まれることによって形成されたSi−Ge系膜であること、および前記原料系ガスには分子式にCを含むガスが含まれ、前記非Si非C系ガスにはHが含まれることによって形成されたC系膜であること、をそれぞれ特徴とする。
【0043】
また、本発明の薄膜デバイスは上記膜を備えたことを特徴とする。特に、前記薄膜デバイスが、光電変換装置、光受容体装置、表示用装置であること、および前記基体は、平板状、円筒状、あるいはフィルム状であることを特徴とする。
【0044】
また、本発明は、前記Cat−PECVD法を実現する装置を少なくとも1室含む複数の処理室が接続されて成る膜処理システムであることを特徴とする。
【0045】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明のCat−PECVD法を実現する装置の一例を示す全体図であり、平板状の基体の製膜面が紙面に垂直方向に向いている場合に熱触媒体が内蔵された第2のガス導入管位置における断面図である。図2はガス導入管をアレイ状に配置した一例を示すものであり、基体の製膜面が紙面に平行方向に向いている場合の断面図である(基体の存在を示すためにアレイ状ガス導入管ユニットは一部のみ示してある。またアンテナ電極を兼ねる金属材料からなる第1のガス導入管の端部構造の詳細は省略してある:詳細は図1や図4を参照)。図3は、アレイ状ガス導入管をその中心軸方向から見た断面図である。図4は、熱触媒体を内蔵せずアンテナ電極を兼ねる金属材料からなる第1のガス導入管の詳細構造を示す断面図である。図5は、熱触媒体を内蔵する第2のガス導入管の立体構造を示す斜視図である。
【0046】
これら図中の、101は分子式にSiおよび/またはCを含むガスを含んだ原料系ガスの導入口、102は分子式にSiとCを含まないガスからなる非Si非C系ガスの導入口、103は熱触媒体、104は熱触媒体103の加熱用電源、105はプラズマ、106aは熱触媒体を内蔵せずアンテナ電極を兼ねる金属材料からなる第1のガス導入管、106bは熱触媒体を内蔵した第2のガス導入管、107は高周波電源、108aは位相変換器、108bは電力分配器、109、109aおよび109bは被製膜用の基体、110は基体加熱用のヒーター、111aは熱触媒体を内蔵せずアンテナ電極を兼ねる第1のガス導入管106aに設けられたガス噴出口、111bは熱触媒体を内蔵した第2のガス導入管106bに設けられたガス噴出口、112は電気絶縁用の絶縁部材、113は製膜空間を構成するチャンバー(製膜室)、114aおよび114bは、ガス導入管の中空部である。
【0047】
このように、本発明のCat−PECVD法は、分子式にSiおよび/またはCを含むガスを含んだ原料系ガスと、ガス導入経路に配設された熱触媒体によって加熱される分子式にSiとCを含まないガスからなる非Si非C系ガスとが、それぞれ分離された状態で、製膜空間に設置された中空構造を有した第1及び第2のガス導入管の中空部を通ってこれらガス導入管に設けられた複数のガス噴出口から前記製膜空間に噴出されるにあたって、前記原料系ガスは金属材料からなる前記第1のガス導入管を通して、前記非Si非C系ガスは前記第2のガス導入管を通して、それぞれ前記製膜空間に噴出され、該製膜空間に噴出された前記原料系ガスと前記非Si非C系ガスの混合ガスは、アンテナ電極を兼ねる前記第1のガス導入管に接続された高周波電源からの高周波電力によって生成されたプラズマによって分解・活性化されて、前記製膜空間において前記第1及び第2のガス導入管に対向して配置された基体に膜が堆積されることを特徴とする。
【0048】
なお、図示は省略するが、チャンバー113は真空ポンプによって真空排気される。このとき真空ポンプとしては、基体上に製膜される膜中への排気系からの不純物混入を抑制するためにターボ分子ポンプ等のドライ系のものを用いることが望ましい。このとき、到達真空度は少なくとも1×10−3Pa以下とし、1×10−4Pa以下とすればより望ましい。製膜時の圧力は10〜1000Pa程度の範囲とする。また、基体加熱用ヒーター110による基体109の温度は100〜400℃の温度条件とし、望ましくは150〜350℃とする。
【0049】
以下、各部位について詳細に説明していく。
=第1のガス導入管と第2のガス導入管の分離=
まず、第1のガス導入管と第2のガス導入管を分離する目的であるが、これは既に「従来技術およびその課題」の欄で述べたように、熱触媒体を内蔵したアンテナ電極を用いる場合、プラズマ生成のための高周波電力と熱触媒体加熱のための電力との相互作用によってプラズマ生成が必ずしも安定しない場合があるという問題を解決するためである。これは本発明のように、第1のガス導入管をアンテナ電極として機能させ、第2のガス導入管に熱触媒体を内蔵させれば実現できる。これによって均一なプラズマ生成が安定して実現しやすくなり、大面積での均一膜厚および均質膜質の製膜を行うことができる。
=第2のガス導入管の材料=
また、本発明の第2のガス導入管は、非金属材料からなることが望ましい。非金属材料としては、ガラス、石英、アルミナ、SiCなどのセラミックス系の材料を用いることができる。これによって、熱触媒体を内蔵した金属材料からなるアンテナ電極を用いる場合の課題であったアンテナ電極が熱触媒体からの輻射熱によって加熱変形する場合があるという問題を解決することができる。
=ガス導入管形状=
まず、アンテナ電極を兼ねる金属材料からなる第1のガス導入管の形状としては、棒状、U字形等の形状を選ぶことができる。具体的には、棒状のものは最も単純なもので、例えば特開平1−47875号公報、特開平1−230782号公報、特開2001−274101号公報に示されている。またU字形については特開平4−21781号公報に示されている。
【0050】
ここで、従来の平板型電極に換えて、アンテナ型電極を用いる理由は以下の通りである。一般に、高周波電源の周波数fと波長λの関係は、プラズマ中で、λ=v/fで与えられる。ここでvはプラズマ中での電磁波の伝播速度で、これは真空中での電磁波の速度c(光速度)よりも小さいので、λは大きくてもc/f以下である。一方、プラズマ生成用電極のサイズとして角型電極の一辺の長さLを代表的特性長ととると、λ≫Lであれば、電磁波の干渉効果は生ぜず、均一なプラズマが生成されるので、均一膜厚・均質膜質の製膜が可能となる。例えば、f=13.5MHzとすると、λは最大で22m程度となり、1m角サイズのプラズマ生成電極では干渉効果は問題にならないことがわかる。
【0051】
しかし、高周波電源の周波数fを上げていき、λ/4がL程度以下の値になってくると、干渉効果が無視できなくなってくる。例えばf=60MHzとすると、λ/4は最大でも1.25mとなり、1m角サイズの単純な平板状のプラズマ生成用電極では干渉効果が生じてしまい、均一な電磁場分布、つまりは均一なプラズマ生成は望めないことがわかる。
【0052】
このため、高周波電源の周波数がVHF帯以上となる領域での1m角サイズ程度以上の大面積製膜においては、平板型のプラズマ生成用電極に替えてアンテナ型電極にし、後述する位相制御技術などを導入することでプラズマ生成の均一化を図る技術開発が進んでおり、本Cat−PECVD法においてもこれを利用することができる。
【0053】
なお、アンテナ電極の長軸方向に垂直な方向に平行な断面形状は、通常、円形あるいは方形のどちらでもよいが、より均一な製膜特性を特に求める場合には、面的により均一なプラズマ生成が実現できる方形とするのが好ましい。
=熱触媒体設置位置=
次に、熱触媒体103の設置位置であるが、最も望ましいのは、図1、図2、図3、図5にも示したように中空構造を有した第2のガス導入管の内部(中空部)に設置する場合である。熱触媒体が第2のガス導入管内部に設置されることによって、加熱・活性化された非Si非C系ガスは、その温度や活性度を過度に損なわれることなく第2のガス導入管の外部にアンテナ電極を兼ねる第1のガス導入管によって生成されているプラズマ空間に送り込まれるので、その製膜に対する効果を充分に維持することができる。例えば非Si非C系ガスにHを用い、原料系ガスにSiHを用いた場合、熱触媒体を用いない場合では困難であった低水素希釈率(低H/SiH比)条件や低高周波電力条件での結晶質Si膜の形成が容易となったり、同じく熱触媒体を用いないでは困難であった膜中水素濃度が低い水素化アモルファスSi膜の形成が容易となったりする効果が得られる。
【0054】
以上のように、熱触媒体103の設置位置としては、第2のガス導入管内部が最も望ましいのであるが、第2のガス導入管よりも上流側のガス経路に設置されている場合でも上述した効果が得られることもあるので、第2のガス導入管内部に熱触媒体を設置することが特に困難である場合には、熱触媒体を第2のガス導入管よりも上流側のガス経路に設置することもできる。しかしいずれにせよ、熱触媒体は第2のガス導入管内部に設置するのが本発明の効果を最大限に発揮させるために最も望ましいことには変わりがない。
=ガス導入管のアレイ状化=
次に、ガス導入管の並べ方であるが、基体109は例えば太陽電池などの基板のようにある程度の面積をもった板材あるいはフィルム材であり、製膜はその面に対して行われるので、ガス導入管は、図2および図3に示すように、これを複数本並列に並べてアレイ状に配置してアレイ状ガス導入管ユニットとするのが望ましい。これによりアンテナ電極を兼ねる第1のガス導入管がアレイ状アンテナ電極ユニットとして機能することになるので、均一に且つ大面積にプラズマ生成および製膜を行なうことができる。
=ガス分離導入方法=
次に、原料系ガスと非Si非C系ガスの分離導入方法であるが、図2および図3に示すように、原料系ガスは第1のガス導入管から、非Si非C系ガスは第2のガス導入管からそれぞれ独立に噴出される。このとき熱触媒体103は非Si非C系ガスが導入される第2のガス導入管106bの内部に設置されることが望ましい。
【0055】
ここで、原料系ガスと非Si非C系ガスとを分離導入する理由は、非Si非C系ガスのみを熱触媒体で加熱させたいがためである。すなわち、原料系ガスと非Si非C系ガスとを混合して導入してしまうと、非Si非C系ガスのみならず原料系ガスをもそのガス導入経路に配設された熱触媒体で加熱することになってしまい、熱触媒体温度が原料系ガスの分解温度以上である場合には、原料系ガスが分解・活性化されてガス導入経路途上で製膜が生じ、原料系ガスが製膜空間に到達する前に著しく消費されてしまうからである。
=ガス噴出口位置=
次に、ガス噴出口位置であるが、熱触媒体103が内部に設置されている第2のガス導入管106bの場合には、図3に示すように、そのガス噴出口111bは熱触媒体103からの熱輻射が被製膜基体109aあるいは109bに直達しないように配置されることが望ましい。これにより、熱触媒体から発生する輻射による製膜表面温度の好ましくない上昇を避けることができ、膜品質の安定的な制御を実現することができる。なお、熱触媒体が内部に設置されていないアンテナ電極を兼ねる第1のガス導入管106aの場合にはガス噴出口は任意位置でもよい。
=アレイ状アンテナ電極ユニットの配置=
次に、アレイ状ガス導入管ユニットは、そのアレイ面が重力方向と平行になるように縦型に配置されるのが望ましい。こうすることで後に述べるようなアレイ状ガス導入管ユニット両面での製膜の際に、基体109への粉体の落下付着の防止を非常に効果的に実現できる。また、例えば基体109としてガラス基板などを用いる場合は、ガラス基板の搬送を縦型で行えるのでガラス基板の撓みの問題も生ずることなく取り扱いが非常に容易となる利点もある。もちろんこの場合、アレイ状ガス導入管ユニットそのものの撓みの問題も生じない利点もある。
【0056】
以上のようにアレイ状ガス導入管ユニットはそのアレイ面が重力方向と平行になるように縦型に配置されるのが望ましいのであるが、もちろんアレイ状ガス導入管ユニットをそのアレイ面が重力方向と垂直となるように横型に配置することも特に制限されるものではなく、アレイ状電極や基体の撓み、粉体の落下付着の問題がほとんど無視できるのであれば後者の横型配置を採用しても差し支えない。
=基体配置=
次に基体109はアレイ状ガス導入管ユニットの両側に配置されることが望ましい(図1、図3参照)。こうすることによってアレイ状アンテナ電極ユニット両面での同時製膜が可能となり装置の生産性を倍増することができる。
=基板加熱ヒーター配置=
次に、基体加熱ヒーター110は、図1に示すように、基体を挟んでアレイ状ガス導入管ユニットの両側に配置されることが望ましい。すなわち、前記基体のアレイ状ガス導入管ユニットに対面する面とは反対側の面には基体加熱ヒーターが配置されているのが望ましい。こうすることによって製膜中の基体製膜面温度を制御することができ高品質製膜がより実現しやすくなる。
=アレイ状ガス導入管ユニット数と配列=
次に、アレイ状ガス導入管ユニットは1製膜室に複数セット平行配置されていることが望ましい(図2には、アレイ状ガス導入管ユニットを3つ配置した例が示されている)。こうすることによって、複数のアレイ状ガス導入管ユニットによる同時製膜が可能となり、前記したアレイ状ガス導入管ユニットひとつでの両面同時製膜を考え合わせると、例えばアレイ状ガス導入管ユニットが2組平行配置されれば4面同時製膜が可能となり、さらに3組平行配置されれば6面同時製膜(図2はこの場合を示す)、4組平行配置されれば8面同時製膜・・・というようにアレイ状ガス導入管ユニットの平行配置数を増やしていけば製膜装置としての生産性を一挙に数倍以上にまで高めることができる。これは従来の平行平板型のPECVD装置では到底不可能なことである。
=給電方法=
次に、アンテナ電極を兼ねる第1のガス導入管106aへの給電方法については、例えば一例を図2に示すように、高周波電源107からの高周波電力を電力分配器108bによって分配して送電してもよいし、あるいは、アンテナ電極を兼ねる第1のガス導入管ごとに高周波電源を配設してもよい(不図示)。ここで高周波電源の数と分配の数とは必ずしも一致している必要はなく、通常はより少ない高周波電源数でより多くの電力分配を実現するようにすれば設備コスト低減に有効である。ここで、高周波電源1台では、必要な全高周波電力を分配供給できない場合は、必要に応じて高周波電源を複数台用意して高周波電力を分配供給することができる。
=位相制御=
次に、不必要な干渉効果(強め合いや弱め合い)によるプラズマの不均一分布を生じさせないためには、高周波電力の位相が少なくとも隣り合う電極間で異なっていることが望ましい。これは位相変換器108aを用いて実現することもできるが、アレイ状ガス導入管ユニットにおける隣り合う第1のガス導入管への給電点を、互いに対向方向に位置するように配置することでも同様の効果を実現することができ(不図示)、両者を併用することでさらに均一な大面積プラズマを生成することができる。
=高周波電力供給方法=
また、大面積にわたる均一膜厚・均質膜質の製膜をより実現しやすくする別の方法としては、アンテナ電極を兼ねる第1のガス導入管106aに周波数の異なる複数の高周波電力を重ね合わせて投入することによって、異なる空間的密度分布を持つ複数のプラズマを重ね合わせる方法がある。これにより、プラズマ密度分布をより均一化させることができるので基体上へ大面積で均一な製膜を行なわせることができる。
【0057】
また別の方法としては、隣り合うアンテナ電極を兼ねる第1のガス導入管ごとに異なる周波数の高周波電力を投入する方法もある(不図示)。このようにすれば、隣り合うアンテナ電極を兼ねる第1のガス導入管間での電磁相互作用などによって、やはりプラズマ密度分布をより均一化させることができるので基体上へ大面積で均一な製膜を行なわせることができる。
【0058】
さらに別の方法としては、高周波電力周波数を時間的に変動・変調させて、プラズマの空間密度分布を時間的に変動させて、その時間平均をとるようにして結果的に均一製膜をする方法がある。
【0059】
さらに、プラズマを例えばパルス変調するなど、アンテナ電極を兼ねる第1のガス導入管106aに高周波電力を断続的に供給するようにすれば、連続プラズマ生成の場合に比べて粉体の生成・成長を抑えることができ膜品質向上に有効な場合がある。
=高周波電源周波数=
次に、本発明のCat−PECVD法および装置では、プラズマを生成させるためのアンテナ電極を兼ねる第1のガス導入管106aは高周波電源107に接続され、高周波電源107の周波数は13.56MHz以上であることを特徴としているが、特に本発明の効果、つまり大面積均一膜厚・均質膜質製膜に対する効果が顕著に現れるのが、27MHz以上(いわゆるVHF帯以上)の高周波領域である。
【0060】
すなわち、従来の平板状電極では、前述したように、1m角サイズ程度の均一膜厚かつ均質膜質の大面積製膜を比較的困難を伴わずに実現できるのはせいぜい27MHz程度までであったが、本発明によれば、27MHz以上の高周波領域においても従来技術よりも格段に優れた大面積均一膜厚・均質膜質製膜特性が得られる。
【0061】
VHF帯の高周波周波数としては連続量として任意の値を選ぶことができ、電極サイズや形状に応じて最適な周波数を選ぶことが望ましいが、通常は工業的に用いられることが多い、40MHz、60MHz、80MHz、100MHzなどの周波数を用いれば充分である。
【0062】
ここで、高周波電源107の周波数がより高いほうが、プラズマ中の電子密度が上がるので、原料系ガスの分解活性化率が増大して製膜速度はより速くなる。また、非Si非C系ガスとしてHガスを用いている場合は、原子状水素の生成割合も増大するので、結晶化促進効果もより顕著に得られる。したがって、高速製膜条件下でも結晶質Si膜を得ることができる。
【0063】
さらに本発明では、熱触媒体を用いて非Si非C系ガスの活性化をさらに促進することができるので、非Si非C系ガスとしてHガスを用いている場合は、上記したVHF自体の効果に加えてさらに結晶化促進効果が増大し、さらなる高速製膜条件下においても良質な結晶質Si膜を得ることができる。また特に水素化アモルファスSi膜の形成にあたっては、より低水素濃度の膜を形成することができ、従来のPECVD法単独によるものよりも光安定性に優れる水素化アモルファスSi膜を得ることができる。
【0064】
なお、高周波電源の周波数は、100MHz程度までのVHF帯に限定する必要はなく、より周波数の高いUHF帯やマイクロ波域での周波数まで利用することができる。
=熱触媒体=
次に、熱触媒体103は、これに電流を流してそのジュール発熱で加熱・高温化させて熱触媒体として機能させるために、少なくともその表面が金属材料からなるが、この金属材料はより好ましくは高融点金属材料であるTa、W、Re、Os、Ir、Nb、Mo、Ru、Ptのうちの少なくとも1種を主成分とするような金属材料からなることが望ましい。また、熱触媒体103としては、通常、上記のような金属材料をワイヤ状にしたものを用いることが多いが、特にワイヤ状に限るものではなく、板状、メッシュ状のものも用いることができる。なお、熱触媒体材料たる金属材料中に膜形成にあたって好ましくない不純物が含まれている場合には、熱触媒体103を製膜に使用する前に、予め製膜時の加熱温度以上の温度で数分間以上予備加熱すれば、不純物低減に効果的である。
=熱触媒体の加熱用電源=
なお、熱触媒体103の加熱用電源104としては、通常、直流電源を用いるのが簡便であるが、プラズマを生成させない程度の低周波の交流電源を用いても支障はない。また直流電源を用いる場合、後述するように非Si非C系ガスの加熱あるいは分解・活性化の程度を制御するために、直流電力を断続的に熱触媒体103に供給するようにもできる。
=非Si非C系ガスの活性化=
次に、非Si非C系ガスは熱触媒体103で加熱されてプラズマ空間105に導かれるのであるが、一部は熱触媒体103で分解・活性化され、その程度は熱触媒体温度に比例する。例えばHガスは、圧力にもよるが熱触媒体温度が約1000℃を超えるあたりから分解反応による原子状水素の生成が顕著になってくる。この原子状水素は上記したようにSi膜の結晶化促進に非常に効果的に作用する。なお熱触媒体温度が約1000℃以下であって、原子状水素の生成がそれほど顕著ではなく、結晶化促進効果があまり期待できない温度条件であっても、熱触媒体を使用するという副次効果としてのガスヒーティング効果により高次シラン生成反応が抑制されるので、高品質な水素化アモルファスシリコン膜の形成にはやはり効果的である。ただし熱触媒体温度は最低でも100℃以上、より好ましくは200℃以上とするのが上記効果を得るためには望ましい。200℃以上とすることでガスヒーティングの効果をより顕著に得ることができる。なお、熱触媒体温度の最高温度としては2000℃以下、より好ましくは1900℃以下とする。1900℃を超えると触媒体や周辺部材からの不純物の脱ガスや、触媒体の材料自体の蒸発などの問題が生じはじめるからであり、2000℃を超えると前記脱ガスや前記蒸発が著しくなる。
=活性化量調節方法=
ここで、上記したHに代表される非Si非C系ガスの加熱あるいは分解・活性化の程度を上記した熱触媒体温度で制御すること以外の方法で実現する方法としては、以下に述べるものがある。
【0065】
第1の方法は、熱触媒体103の表面積を制御するものである。これによれば熱触媒体103の温度を下げることなく、ある温度以上に維持したまま非Si非C系ガスの加熱あるいは分解・活性化の程度を制御することができる。例えば熱触媒体103として線状のものを使う場合には、その線長と線径、さらにはひとつのアンテナ電極内に設置する数を選ぶことで熱触媒体103の表面積を制御することができる。特に、熱触媒体103をひとつのアンテナ電極内に複数本設置する場合は(不図示)、これらを独立に加熱できるようにしておけば、必要に応じて加熱する熱触媒体の数を決めることによって非Si非C系ガスの加熱あるいは分解・活性化の程度を段階的に変えることができる。
【0066】
第2の方法は、熱触媒体103の加熱を断続的あるいは周期的に行う方法である。具体的には加熱用電源104の電力をパルス状に与えるなど断続的に与える機構にしたり、低周波の交流電源で与えれば熱触媒体103の加熱を周期的に行うことができる。これによって単位時間あたりの非Si非C系ガスと熱触媒体103との反応時間を連続的に制御できるので非Si非C系ガスの加熱あるいは分解・活性化の程度を連続的に制御することができる。
【0067】
第3の方法は、原料系ガス噴出口111aの口径と非Si非C系ガス噴出口111bの口径とを別々に設計して調節したり、原料系ガス噴出口111aの総数と非Si非C系ガス噴出口111bの総数とを別々に設計して調節するものである。非Si非C系ガス噴出口111bにおける口径の縮小あるいは口総数の減少は、加熱あるいは分解・活性化された非Si非C系ガスのプラズマ空間105への噴出量を減少させ、非Si非C系ガス噴出口111bにおける口径の拡大あるいは口総数の増大は、加熱あるいは分解・活性化された非Si非C系ガスのプラズマ空間105への噴出量を増大させることができる。
【0068】
第4の方法は、ガスの導入経路に熱触媒体を配設しない非Si非C系ガスの導入経路を追加し(不図示)、熱触媒体103を経由する非Si非C系ガス流量と熱触媒体を経由しない非Si非C系ガス流量とを独立して制御できるようにするものである。すなわち、非Si非C系ガスの導入経路は複数あり、少なくとも1経路の非Si非C系ガスは前記熱触媒体で加熱されることなくプラズマ空間に導かれる。これによって加熱あるいは分解・活性化された非Si非C系ガスと加熱されない非Si非C系ガスとを任意のガス流量比で混合することができるようになるので、プラズマ空間105に放出される加熱あるいは分解・活性化された非Si非C系ガスの密度を連続的に変化させることができる。ここで、加熱されない非Si非C系ガス導入経路は原料系ガス導入経路に合流させてもよく、このように合流させれば導入構造がより簡単になる。
=ガス経路材料=
次に、非Si非C系ガス導入経路における、ガス配管内壁、中空アンテナ電極内壁の少なくともいずれかの表面の少なくとも一部は、Ni、Pd、Ptのうちの少なくともいずれかを含む材料からなっていることが望ましい。これらの金属元素は例えばHなどのガス分子の解離を促進する触媒作用があるので、分解・活性化された非Si非C系ガスが上記部材表面で再結合して失活してしまう確率を下げることができる。
=ガスヒーティング=
次に、原料系ガス導入経路にも熱触媒体が配設されている(不図示)ことが、ガスヒーティング効果を促進する上で望ましい。ただし、熱触媒体による原料系ガスの分解が生じないように、熱触媒体の温度は原料系ガスが分解する温度以下に制御されるようにする。例えば原料ガスとしてSiHを使う場合は温度は500℃以下、望ましくは400℃以下にする。
【0069】
なお、上記ガスヒーティング効果を促進する別の方法としては、製膜室内壁面にヒーターを設置する方法がある。すなわち、特に製膜室内壁面を加熱しない従来の方法では、温度の低い該製膜室内壁面での高次シラン生成反応(発熱反応)が生じやすいため、これが膜品質悪化の重要な一因である粉体生成の原因となっていたのに対して、本法では製膜室内壁面を積極的に加熱するので、発熱反応である高次シラン生成反応が抑制され、粉体生成量を減らすことができる。ここで、原料系ガスに分子式にSiを含むガスが含まれている場合は、上記ヒーターの温度は500℃以下、望ましくは400℃以下とする。これにより、ヒーター表面での熱CVD反応(製膜反応)は充分に抑制されるので、この部分での原料ガスの浪費を抑制することができる。
=ドーピングガス導入方法=
次に、ドーピングガスを供給する場合は、ドーピングガスを原料ガス導入経路および/または非Si非C系ガス導入経路に導入することができる。このとき、p型ドーピングガスにはB等を用い、n型ドーピングガスにはPH等を用いることができる。
=電気回路=
触媒体加熱用電源104の回路には高周波阻止手段としてのパスコンデンサ(不図示)を設置することが望ましい。これによって高周波電源からの高周波成分の進入を阻止することができ、安定した製膜をより確実に実現することができる。
=基体形状=
基体109としては、例えば太陽電池などのデバイスの場合はガラス基板などの平板状のもの、あるいは金属材や樹脂材などのフィルム状のものを用いることができるし、また、感光ドラムなどのデバイスの場合は円筒状などの非平板状のものを用いることができる。
=膜=
本発明のCat−PECVD法によれば、高速で高品質な、しかも大面積にわたって膜厚・膜質ともに均一性の高い膜形成が可能となるのであるが(ここで、高速かつ高品質製膜についての効果は、本発明者らによる特願2001―293031号、特願2002−38686号に開示)、具体的には以下に述べる特にSi系膜あるいはC系膜についてその効果が顕著に発揮される。
【0070】
第1の例は、原料系ガスには分子式にSiを含んだガスは含まれるが、分子式にCを含んだガスは含まれず、非Si非C系ガスにはHが含まれることによって形成されたSi系膜である。具体的には、例えば原料系ガスにはSiHを、非Si非C系ガスにはHを用いると、既に上記した理由で高品質な水素化アモルファスシリコン膜や高品質な結晶質シリコン膜を、高速で、しかも大面積にわたって膜厚・膜質の均一性が高い状態で形成することができる。
【0071】
本発明の方法によれば、水素化アモルファスシリコン膜中の水素濃度は15atomic%以下とすることができる。より好ましくは10atomic%以下、さらに好ましくは5atomic%以下とすることができ、これによって長年の課題であった水素化アモルファスシリコン膜の光劣化の問題を大幅に低減することができ、該膜を太陽電池に用いた場合に高い安定化効率を得ることができる。
【0072】
また、本発明の方法によれば、結晶質シリコン膜中の水素濃度は10atomic%以下とすることができる。より好ましくは5atomic%以下、さらに好ましくは3.5atomic%以下とすることができ、これによって後記する太陽電池の実施例の部分で述べる結晶粒界でのポスト酸化現象に起因した特性の経時劣化現象を低減することができる。すなわち膜中水素を5atomic%以下にすることで経時劣化率を数%程度以下に、膜中水素濃度を3.5atomic%以下にすることで経時劣化率をほとんどゼロにすることができる。
【0073】
第2の例は、原料系ガスには分子式にSiを含むガスと分子式にCを含むガスが含まれ、非Si非C系ガスにはHが含まれることによって形成されたSi−C系膜である。具体的には、例えば原料系ガスにはSiHとCHを、非Si非C系ガスにはHを用いると、既に上記した理由で高品質な水素化アモルファスシリコンカーバイド膜や高品質な結晶質シリコンカーバイド膜を、高速で、しかも大面積にわたって膜厚・膜質の均一性が高い状態で形成することができる。
【0074】
第3の例は、原料系ガスには分子式にSiを含むガスが含まれ、非Si非C系ガスにはHが含まれ、分子式にNを含むガスは原料系ガスあるいは非Si非C系ガスの少なくともいずれかに含まれることによって形成されたSi−N系膜である。具体的には、例えば原料系ガスにはSiHを、非Si非C系ガスにはHを、Nを含むガスとしてNHを用いると、既に上記した理由で高品質な水素化アモルファスシリコン窒化膜や高品質な結晶質シリコン窒化膜を、高速で、しかも大面積にわたって膜厚・膜質の均一性が高い状態で形成することができる。
【0075】
第4の例は、原料系ガスには分子式にSiを含むガスが含まれ、非Si非C系ガスには分子式にOを含むガスが含まれることによって形成されたSi−O系膜である。具体的には、例えば原料系ガスにはSiHと必要ならHを、非Si非C系ガスにはOと必要ならHeやArを用いると、既に上記した理由で高品質なアモルファスシリコン酸化膜や高品質な結晶質シリコン酸化膜を、高速で、しかも大面積にわたって膜厚・膜質の均一性が高い状態で形成することができる。
【0076】
第5の例は、原料系ガスには分子式にSiを含むガスとGeを含むガスが含まれ、非Si非C系ガスにはHが含まれることによって形成されたSi−Ge系膜である。具体的には、例えば原料系ガスにはSiHとGeHを、非Si非C系ガスにはHを用いると、既に上記した理由で高品質な水素化アモルファスシリコンゲルマニウム膜や高品質な結晶質シリコンゲルマニウム膜を、高速で、しかも大面積にわたって膜厚・膜質の均一性が高い状態で形成することができる。
【0077】
第6の例は、原料ガスには分子式にCを含むガスが含まれ、非Si非C系ガスにはHが含まれることによって形成されたC系膜である。具体的には、例えば原料系ガスにはCHと必要であれば微量のOを、非Si非C系ガスにはHを用いると、既に上記した理由で高品質なアモルファスカーボン膜や高品質な結晶質カーボン膜を、高速で、しかも大面積にわたって膜厚・膜質の均一性が高い状態で形成することができる。具体的には、ダイヤモンド膜やダイヤモンドライクカーボン膜などの製膜を行うことができる。
=薄膜デバイス=
次に、本発明のCat−PECVD法で形成した上記膜を薄膜デバイスに使用すれば、以下に挙げるような薄膜デバイスを高性能かつ低コストで製造することができる。
【0078】
第1の薄膜デバイス例は、光電変換装置であり、本発明のCat−PECVD法による膜を光活性層に用いれば高性能な特性を、高速製膜、すなわち低コストで実現することができる。特に光電変換装置の代表格である太陽電池においては、本発明のCat−PECVD法の高速・高品質・大面積製膜特性が充分に発揮されて高効率かつ低コストな薄膜太陽電池を製造することができる。太陽電池以外でも、例えばフォトダイオードやイメージセンサやX線パネルなどの光電変換機能を有する装置でも同様な効果をもちろん得ることができる。
【0079】
第2のデバイス例は、光受容体装置であり、本発明のCat−PECVD法による膜を光受容層に用いれば高性能な特性を、高速製膜、すなわち低コストで実現することができる。特に感光ドラムにおけるシリコン系膜に用いると、数μmから数十μmに及ぶ比較的厚いシリコン系膜を短時間のうちに高品質で形成できるので製造コスト低減に非常に効果的である。
【0080】
第3のデバイス例は、表示用装置であり、本発明のCat−PECVD法による膜を駆動膜に用いれば高性能な特性を、高速製膜、すなわち低コストで実現することができる。特に太陽電池に次ぐ大面積デバイスの代表例であるTFTにおけるアモルファスシリコン膜や多結晶シリコン膜に用いると、太陽電池のところで述べたのと同じ理由でその製造コスト低減に非常に効果的である。TFT以外でも、例えばイメージセンサ、X線パネルなどの表示機能を持つ装置でも同様な効果を得ることができる。
=装置(図6参照)=
本発明のCat−PECVD法を実現する膜処理システムは、上記製法を実現できる製膜室を少なくとも1室有した複数の真空室からなる膜処理システムとする。
【0081】
ここで、上記複数の真空室には、少なくともp型膜形成用製膜室、i型膜形成用製膜室、n型膜形成用製膜室が含まれ、少なくともi型膜形成用製膜室は本発明のCat−PECVD法を実現できる製膜室であることが望ましい。
【0082】
また、複数の真空室の少なくともひとつはCat−CVD法を実現できる製膜室であることが望ましい。これによって例えばCat−CVD法による水素化アモルファスシリコン膜の高速・高品質製膜が可能となり、例えばタンデム型太陽電池のトップセルの光活性層に水素化アモルファスシリコン膜を使用することが可能となるなど、多層膜形成時の組み合わせ自由度を上げることができる。Cat−CVD法による水素化アモルファスシリコン膜は、PECVD法によるそれよりも低水素濃度とすることができることが知られており、より光吸収特性に優れたより小さい光学的バンドギャップ特性を実現することができる。また、水素化アモルファスシリコン膜の長年の課題である光劣化特性も低く抑えることができるという利点もある。
【0083】
また、複数の真空室の少なくともひとつはPECVD法を実現できる製膜室であることが望ましい。これによって例えば酸化物透明導電膜など原子状水素の還元作用に弱い膜表面への膜堆積をこの還元作用をできるだけ抑制した条件で実現することができるなど、多層膜形成時の組み合わせ自由度を上げることができる。
【0084】
また、複数の真空室には少なくとも前室が含まれることが製膜室を大気開放させない目的で望ましく、さらには、複数の真空室には少なくとも前室と後室が含まれれば生産性向上の上でより望ましい。また、複数の真空室には少なくとも加熱室が含まれることがやはり生産性向上の上で望ましい。
【0085】
上記複数の真空室の配置方法は、複数の真空室を線状に連続に接続配列することもできるし、複数の真空室を少なくともひとつ存在するコア室に接続するようにして星型に配置することもできる。
【0086】
ここで、製膜室は、例えばガラス基板などの基体を縦型に処理する縦型とするのが望ましい。縦型とすることで、横型デポダウン方式で問題となる粉体等の異物の落下付着の影響を受けにくくなり、また横型デポアップ方式で問題となる基体の反りによる基体製膜面での不均一温度分布の発生が起こりにくくなる。しかしこれらの問題が実際上問題とならない程度であればもちろん横型としても差し支えない。
=薄膜Si太陽電池=
以下、図10を用いて本発明によるデバイスとして、薄膜Si太陽電池を取り上げてその実施形態を説明する。図10中、11は透光性基板、12は第1の透明導電膜、13は半導体多層膜、13aは第1の半導体接合層、13bは第2の半導体接合層、14は第2の透明導電膜、15aは第1の取り出し電極となる金属膜、15bは第2の取り出し電極となる金属膜である。
【0087】
まず、透光性基板11を用意する。透光性基板11としては、ガラス、プラスチック、樹脂などを材料とした板材あるいはフィルム材などを用いることができる。
【0088】
次に、第1の透明導電膜12を形成する。透明導電膜12の材料としては、SnO、ITO、ZnOなど公知の材料を用いることができるが、この後のSi膜を形成するときに、SiHとHを使用することに起因した水素ガス雰囲気に曝されることになるので、耐還元性に優れるZnO膜を少なくとも最終表面として形成するのが望ましい。製膜方法としては、CVD法、蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法など公知の技術を用いることができる。第1の透明導電膜12の膜厚は、反射防止効果と低抵抗化を考慮して60〜500nm程度の範囲で調節する。
【0089】
次に、半導体多層膜13を形成する。ここでは図にならって半導体膜がpinpin(あるいはnipnip)の構成で積層されたタンデム型を例にとって説明するが、タンデム型に限らず半導体膜がpin(あるいはnip)の構成で積層されたシングル接合型、また、半導体膜がpinpinpin(あるいはnipnipnip)の構成で積層されたトリプル接合型、あるいはそれ以上の多接合型素子構造についても本実施例で述べる内容はもちろん適用可能である。
【0090】
まず、水素化アモルファスシリコン膜を光活性層に含む第1の半導体接合層13aを形成する。具体的には、p型層(n型層)/光活性層/n型層(p型層)構造とし(不図示)、光活性層はi型とするのが望ましい。なお、上記表記は製膜順序を表し、下層/上層を意味する。
【0091】
ここで、p型層(n型層)については、水素化アモルファスシリコン膜や微結晶シリコン膜を含む結晶質シリコン膜を用いることができる。膜厚は前記材料に応じて2〜100nm程度の範囲で調節する。ドーピング元素濃度については1×1018〜1×1021/cm程度として、実質的にはp型(n型)とする。なお製膜時に用いるSiH、H、およびドーピング用ガスであるB(PH)などのガスに加えてCHなどのC(炭素)を含むガスを適量混合すればSi1−x膜が得られ、光吸収ロスの少ない窓層形成に非常に有効であるとともに、開放電圧向上のための暗電流成分低減にも有効である。また、C以外にもO(酸素)を含むガスやN(窒素)を含むガスを適量混合させることでも同様な効果を得ることができる。ここで該シリコン膜の製膜方法としては、従来から知られているPECVD法やCat−CVD法を用いることができるが、もちろん本発明の方法も用いることができる。
【0092】
次に、光活性層については水素化アモルファスシリコン膜を用い、膜厚は0.1〜0.5μm程度の範囲で調節する。導電型は基本的にはi型とするが、内部電界強度分布の微調整を目的に、n型(p型)とする場合もある(実際にはノンドープ膜であってもわずかにn型特性を示すのが通例である)。ここで該水素化アモルファスシリコン膜の製膜方法としては、従来から知られているPECVD法やCat−CVD法を用いることもできるが、本発明の方法を用いれば、高品質な水素化アモルファスシリコン膜を高速かつ大面積で、しかも高い生産性をもって製膜することができるので、高効率・低コスト薄膜Si太陽電池の製造にはとりわけ効果的である。また、本発明によれば、膜中水素濃度を15atomic%以下にすることができるが、より好ましくは、従来のPECVD法では実現困難な10atomic%以下、さらに好ましくは5atomic%以下の低水素濃度の膜が得られるので、水素化アモルファスシリコン膜が長年抱えていた課題である光劣化の程度を低減することができる。
【0093】
最後に、n型層(p型層)については、水素化アモルファスシリコン膜や微結晶シリコン膜を含む結晶質シリコン膜を用いることができる。膜厚は材料に応じて2〜100nm程度の範囲で調節する。ドーピング元素濃度については1×1018〜1021/cm程度として、実質的にはn型(p型)とする。なお製膜時に用いるSiH、H、およびドーピング用ガスであるPH(B)などのガスに加えてCHなどのC(炭素)を含むガスを適量混合すればSi1−x膜が得られ、光吸収ロスの少ない膜形成ができるとともに、開放電圧向上のための暗電流成分の低減にも有効である。また、C以外にもO(酸素)を含むガスやN(窒素)を含むガスを適量混合させることでも同様な効果を得ることができる。ここで該シリコン膜の製膜方法としては、従来から知られているPECVD法やCat−CVD法を用いることができるが、もちろん本発明の方法も用いることができる。
【0094】
なお、接合特性をより改善するために、p型層(n型層)と光活性層との間や光活性層とn型層(p型層)との間に実質的にi型の非単結晶Si層や非単結晶Si1−x層を挿入してもよい。このときの挿入層の厚さは0.5〜50nm程度とする。
【0095】
次に、結晶質シリコン膜を光活性層に含む第2の半導体接合層13bを形成する。具体的にはp型層(n型層)/光活性層/n型層(p型層)とし(不図示)、光活性層はi型とするのが望ましい。
【0096】
ここで、p型層(n型層)については、水素化アモルファスシリコン膜や微結晶シリコン膜を含む結晶質シリコン膜を用いることができる。膜厚は材料に応じて2〜100nm程度の範囲で調節する。ドーピング元素濃度については1×1E18〜1E21/cm程度として、実質的にはp型(n型)とする。なお、製膜時に用いるSiH、H、およびドーピング用ガスであるB(PH)などのガスに加えてCHなどのC(炭素)を含むガスを適量混合すればSi1−x膜が得られ、光吸収ロスの少ない窓層形成に非常に有効であるとともに、開放電圧向上のための暗電流成分低減にも有効である。また、C以外にもO(酸素)を含むガスやN(窒素)を含むガスを適量混合させることでも同様な効果を得ることができる。ここで該シリコン膜の製膜方法としては、従来から知られているPECVD法やCat−CVD法を用いることができるが、もちろん本発明の方法も用いることができる。
【0097】
次に、光活性層については微結晶シリコン膜に代表される結晶質シリコン膜を用い、膜厚は1〜3μm程度の範囲で調節する。導電型は基本的にはi型とするが、内部電界強度分布の微調整を目的に、n型(p型)とする場合もある。このとき、膜構造としては、結晶面のうち(110)面が優先的に成長した結果として生ずる(110)面配向の柱状結晶粒の集合体として製膜後の表面形状が光閉じ込めに適した自生的な凹凸構造となるようにするのが望ましい。ここで該結晶質シリコン膜の製膜方法としては、従来から知られているPECVD法やCat−CVD法を用いることもできるが、本発明の方法を用いれば、高品質な結晶質シリコン膜を高速かつ大面積で、しかも高い生産性をもって製膜することができるので、高効率・低コスト薄膜Si太陽電池の製造にはとりわけ効果的である。また、本発明によれば、膜中水素濃度が10atomic%以下の結晶質シリコン膜を得ることができるが、より好ましくは5atomic%以下、さらに好ましくは3.5atomic%以下の低水素濃度の膜を得ることができる。
【0098】
ここで、結晶質シリコン膜の場合、大部分の水素は結晶粒界部分に存在しており、該水素のSiとの結合状態とその密度が結晶粒界の品質(結晶粒界でのキャリア再結合速度の逆数に比例)を決定づける。すなわち、結晶粒界に存在するSi原子1つにH原子が2つと他のSi原子が2つ結合した状態であるSiH結合の密度が大きいほど、いわゆるポスト酸化現象(製膜後に膜が大気雰囲気に曝されると、大気中のO、CO、HOなどの酸素を含んだガス成分が膜中結晶粒界に拡散・吸着・酸化して結晶粒界の結合状態に変化をもたらす)が生じやすく、結晶粒界の品質劣化に起因した膜全体としての膜品質の経時劣化(すなわち特性の経時劣化)を招来してしまうのであるが、膜中水素濃度が低くなると、それに応じて結晶粒界のSiH結合密度も低減するので、前記したポスト酸化現象に起因した経時劣化現象を低減することができる。具体的には、膜中水素濃度を5atomic%以下にすると経時劣化率は数%程度以下に抑えることができ、さらに膜中水素濃度を3.5atomic%以下にすれば経時劣化率はほとんどゼロにすることができる。この結果、より高効率な太陽電池を製造することができる。
【0099】
最後に、n型層(p型層)については、水素化アモルファスシリコン膜や微結晶シリコン膜を含む結晶質シリコン膜を用いることができる。膜厚は材料に応じて2〜100nm程度の範囲で調節する。ドーピング元素濃度については1×1018〜1021/cm程度として、実質的にはn型(p型)とする。なお製膜時に用いるSiH、H、およびドーピング用ガスであるPH(B)などのガスに加えてCHなどのC(炭素)を含むガスを適量混合すればSi1−x膜が得られ、光吸収ロスの少ない膜形成ができるとともに、開放電圧向上のための暗電流成分の低減にも有効である。また、C以外にもO(酸素)を含むガスやN(窒素)を含むガスを適量混合させることでも同様な効果を得ることができる。ここで該シリコン膜の製膜方法としては、従来から知られているPECVD法やCat−CVD法を用いることができるが、もちろん本発明の方法も用いることができる。
【0100】
なお、接合特性をより改善するためにp型層(n型層)と光活性層の間や光活性層とn型層(p型層)の間に実質的にi型の非単結晶Si層を挿入してもよい。このときの挿入層の厚さは0.5〜50nm程度とする。
【0101】
次に、第2の透明導電膜14を形成する。透明導電膜材料としては、金属酸化物材料としてのSnO、ITO、ZnOなどを用いることができる。製膜方法としては、CVD法、蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、およびゾルゲル法など公知の技術を用いることができる。なお、該第2の透明導電膜14は、特に高効率化を求めない場合は省略することができる。
【0102】
最後に、取り出し電極1および取り出し電極2となる金属膜15aおよび金属膜15bを形成する。金属材料としては、導電特性および光反射特性に優れるAl、Agなどを用いるのが望ましい。製膜方法としては、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、スクリーン印刷法などの公知の技術を使用できる。電極パターンについては、マスキング法、リフトオフ法などを用いて所望のパターンに形成することができる。このとき膜厚は、0.1μm程度以上とする。なお、金属膜15aと第2の透明導電膜14、あるいは金属膜15bと第1の透明導電膜12との間の接着強度が弱い場合は、Tiなどの酸化しやすい金属薄膜を厚さ1〜10nm程度で上記2つの膜の間に介在させるようにするとよい。
【0103】
なお、変換効率をさらに向上させる目的で光閉じ込め構造を導入する場合は、特願2002−78196号に述べたような構造を採用することができる。すなわち、第1の透明導電膜と半導体多層膜との界面の凹凸の最大高さRmaxが、前記第2の透明導電膜と金属膜との界面の凹凸の最大高さRmaxよりも小さいことを特徴とする構造としたり(このとき、第1の透明導電膜と半導体多層膜との界面の凹凸の最大高さRmaxは0.08μm以下であることが望ましく、また、第2の透明導電膜と金属膜との界面の凹凸の最大高さRmaxは0.05μm以上であることが望ましい)、また、半導体多層膜と第2の透明導電膜との界面の凹凸の最大高さRmaxが、前記第1の透明導電膜と半導体多層膜との界面の凹凸の最大高さRmaxよりも大きく、かつ、前記第2の透明導電膜と金属膜との界面の凹凸の最大高さRmaxよりも小さいことを特徴とする構造としたり、さらには、透光性基板と第1の透明導電膜との界面が凹凸構造を有していることを特徴とする構造とすることによって、効果的な光閉じ込め構造を形成することができるので、光電流密度が増大し、より高い変換効率を実現できる。
【0104】
以上、本発明によれば、高品質なSi薄膜を、高速かつ大面積に、しかも高い生産性をもって製膜することができるので、高効率かつ低コストな薄膜Si太陽電池を製造することができる。
【0105】
【発明の効果】
請求項1〜9のCat−PECVD法によれば、分子式にSiおよび/またはCを含むガスを含んだ原料系ガスと、ガス導入経路に配設された熱触媒体によって加熱される分子式にSiとCを含まないガスからなる非Si非C系ガスとが、それぞれ分離された状態で、製膜空間に設置された中空構造を有した第1及び第2のガス導入管の中空部を通ってこれらガス導入管に設けられた複数のガス噴出口から前記製膜空間に噴出されるにあたって、前記原料系ガスはアンテナ電極を兼ねる前記第1のガス導入管を通して、前記非Si非C系ガスは前記第2のガス導入管を通して、それぞれ前記製膜空間に噴出され、該製膜空間に噴出された前記原料系ガスと前記非Si非C系ガスの混合ガスは、前記第1のガス導入管に接続された高周波電源からの高周波電力によって生成されたプラズマによって分解・活性化されて、前記製膜空間において前記第1及び第2のガス導入管に対向して配置された基体に膜が堆積されるので、プラズマ生成のための高周波電力と熱触媒体加熱のための電力との相互作用を無くすことができ、均一なプラズマ生成を実現しやすくなり、大面積での均一膜厚および均質膜質の製膜を行うことができる。
【0106】
特に請求項2に記載のCat−PECVD法では、前記第2のガス導入管が非金属材料からなるので、該ガス導入管が熱触媒体の輻射熱によって加熱変形することを抑えることができる。
【0107】
また、請求項10〜18の膜、および請求項19〜21の薄膜デバイスによれば、大面積にわたって膜厚・膜質の均一性が高く、高性能で且つ迅速に製造が可能なものとすることができる。
【0108】
また、請求項22の膜処理システムによれば、生産性の高い薄膜デバイスの製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るCat−PECVD法を実現する装置構造を説明する断面図である。
【図2】本発明に係るCat−PECVD法を実現するガス導入管配置例を模式的に説明する図であり、基体の製膜面をみた断面図である。
【図3】本発明に係るCat−PECVD法を実現するガス導入管配置例を模式的に説明する図であり、ガス導入管の中心軸方向からみた断面図である。
【図4】本発明に係るCat−PECVD法を実現する熱触媒体を内蔵しない第1のガス導入管例を模式的に説明する図であり、ガス導入管の中心軸方向を縦とした場合の縦断面図である。
【図5】本発明に係るCat−PECVD法を実現する熱触媒体を内蔵せずアンテナ電極を兼ねる金属材料からなる第2のガス導入管例を模式的に説明する斜視図である。
【図6】本発明に係る膜処理システムを模式的に説明する構成図である。
【図7】従来のPECVD装置例を模式的に説明する断面図である。
【図8】従来のCat−CVD装置例を模式的に説明する断面図である。
【図9】Cat−PECVD装置例を模式的に説明する断面図である。
【図10】本発明に係る薄膜デバイス例を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
11:透光性基板
12:第1の透明導電膜
13:半導体多層膜
13a:第1の半導体接合層
13b:第2の半導体接合層
14:第2の透光性導電膜
15a:取り出し電極1
15b:取り出し電極2
101:原料ガス供給口
102:非Si非C系ガス供給口
103:熱触媒体
104:熱触媒体加熱用電源
105:プラズマ
106a:第1のガス導入管(アンテナ電極を兼ねる)
106b:第2のガス導入管
107:高周波電源
108a:位相変換器
108b:電力分配器
109:基体
110:基体加熱ヒーター
111a:第1のガス導入管のガス噴出口
111b:第2のガス導入管のガス噴出
112:絶縁部材
113:チャンバー
114a:中空部(非Si非C系ガス経路)
114b:中空部(原料ガス経路)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method, which is a chemical vapor deposition (CVD) method using plasma as a means for decomposing and activating a film forming gas, and a method for decomposing and activating a film forming gas. Cat-CVD (Catalytic Chemical Vapor Deposition: Catalytic CVD) method (HW-CVD (Hot-wire CVD) method is the same principle) that is a CVD method using a thermal catalyst as a conversion means. The present invention relates to a Cat-PECVD method which is a CVD method, a film formed by using the method, and a thin film device formed by using the film. High quality In, yet it can be a film with a uniform thickness and homogeneous quality over a large area, to a technique for further perform a film with very high productivity.
[0002]
[Prior art and its problems]
High-quality, high-speed film forming technology is indispensable for high performance and low cost of various thin-film devices. In particular, thin-film Si-based solar cells, which are representative of photoelectric conversion devices, have high-quality, high-speed Si-based films. In addition to film formation, large area film formation and high productivity are also required.
[0003]
The PECVD method and the Cat-CVD method are widely known as low-temperature film forming methods for Si-based thin films, and both are actively researching and developing mainly for the formation of hydrogenated amorphous silicon films and crystalline silicon films. Has been made.
[0004]
FIG. 8 shows a PECVD apparatus as Conventional Example 1, and FIG. 9 shows a Cat-CVD apparatus as Conventional Example 2. 8, 500 is a shower head, 501 is a gas inlet, 502 is a gas outlet, 503 is a plasma space, 504 is a plasma generation electrode, 505 is a high-frequency power source, 505 is a base, 507 is a base heater, and 508 is a base heater. A gas pump vacuum pump 509 is an insulating member for electrical insulation. 9, 600 is a shower head, 601 is a gas inlet, 602 is a gas outlet, 603 is an active gas space, 604 is a thermal catalyst, 605 is a power supply for heating the thermal catalyst, 606 is a base, 607 Denotes a substrate heating heater, and 608 denotes a gas exhaust vacuum pump.
[0005]
Where SiH 4 Gas and H 2 Taking the case where a Si film is formed using a gas as an example, in the PECVD apparatus shown in FIG. 8, the gas introduced from the gas introduction port 501 provided in the shower head 500 is plasma It is guided to the space 503 and excited and activated in the plasma space 503 to generate a deposited species, which is deposited on the opposed substrate 506 to form a Si film. Here, the plasma is generated by using a high frequency power supply 505.
[0006]
In the Cat-CVD apparatus shown in FIG. 9, the gas introduced from the gas inlet 601 provided in the shower head 600 is guided from the gas outlet 602 to the film forming space and installed in the film forming space. The active catalyst 604 is activated to form an active gas space 603 to generate deposition species, which are deposited on the opposing substrate 606 to form a Si film. Here, heating of the thermal catalyst 604 is realized by using a heating power supply 605.
[0007]
However, these conventional techniques have the following problems. That is, in the PECVD method, in order to realize high-speed film formation, the plasma power is increased and the SiH 4 Gas or H 2 Although it is necessary to promote the decomposition of gas, this increase in plasma power is nothing less than increasing the electron temperature Te in the plasma (the plasma potential Vp increases in proportion to Te). Increases the ion bombardment on the film formation surface, 2 This leads to the promotion of the production of higher order silanes (eventually the promotion of the production of powder) due to the increase in the production rate of molecules, and it is inevitable to introduce elements that go against the improvement of quality.
[0008]
Here, if the plasma excitation frequency is set to the VHF band or higher instead of increasing the plasma power, the ion bombardment is reduced due to the reduction of the plasma potential Vp, and a high quality film of a hydrogenated amorphous silicon film or a crystalline silicon film can be formed. Is effective (see J. Meier et al, Technical digest of 11th PVSEC (1999) p. 221, O. Vetterl et al, Technical digest of 11th PVSEC (1999), p. 233, etc.) In order to form a film, it is necessary to generate sufficient atomic hydrogen. For this reason, no matter how the VHF band frequency is used, if a high-speed film formation of a certain degree or more is required, an increase in plasma power cannot be avoided. I ca n’t avoid the above-mentioned problems. Was Tsu.
[0009]
Therefore, as a measure for increasing the atomic hydrogen density without increasing the plasma power, the hydrogen dilution rate is increased, that is, the gas flow ratio H is increased. 2 / SiH 4 It is conceivable that the SiH 4 Since the partial pressure of the gas is lowered, and if the gas is left as it is in a direction opposite to the high-speed film formation, the plasma power is eventually increased to increase the SiH. 4 The decomposition must be promoted, and the above-mentioned problem cannot be avoided.
[0010]
In addition, as a measure that can reduce ion bombardment even when the plasma power is increased, it is conceivable to increase the film forming pressure. However, the increase in the film forming pressure on the other hand causes the acceleration of the higher silane generation reaction due to the increase in the gas molecule density. As a result, it has been difficult for this method to eliminate factors that reduce film quality such as powder generation.
[0011]
On the other hand, in the Cat-CVD method, since the plasma is not used, the above-described problem of ion bombardment does not exist in principle, powder generation is extremely small, and generation of atomic hydrogen is greatly promoted. High-quality Si films can be formed relatively easily at high speed, and furthermore, there is no principle restriction on the enlargement of the area. Therefore, attention has been paid to recent years (H. Matsumura, Jpn. J. Appl. Phys. 37 ( 1998) 3175-3187, RE I. I. Sroppp et al, Technical digest of 11th PVSEC (1999) p.
[0012]
However, at present, the problem of substrate temperature rise due to radiation from the thermal catalyst is inevitable, and it is not always easy to stably form a high-quality film. Also, SiH 4 Since the gas is directly decomposed by the thermal catalyst, generation of atomic Si is inevitable. This atomic Si is not preferable for forming a high quality Si film, and the atomic Si becomes H or H in a gas phase. 2 SiH or SiH produced by reaction with 2 Such radicals are similarly unfavorable for the formation of a high-quality Si film, so that it is very difficult to form a high-quality crystalline Si film at a high speed.
[0013]
In view of the above problems, the present inventors have been studying the integration of the PECVD method and the Cat-CVD method for some time, and have already reported Japanese Patent Application Nos. 2000-130858, 2001-29331, and 2002. No. 67445 discloses a Cat-PECVD method of a cathode type with a built-in thermal catalyst.
[0014]
FIG. 10 shows a typical device structure. In FIG. 10, 700 is a shower head, 701 is a source gas inlet, 702 is a non-Si non-C gas inlet, 703 is a source gas inlet, 704 is a non-Si non-C gas inlet, and 705 is heat. A catalyst body, 706 is a heating power supply, 707 is a plasma space, 708 is a plasma generation electrode, 709 is a high-frequency power supply, 710 is a source gas outlet, 711 is a non-Si / non-C gas outlet, and 712 is a product. A base for the film, 713 is a heater for heating the base, 714 is a vacuum pump for gas exhaust, and 715 is a radiation blocking member.
[0015]
This Cat-PECVD method uses a Si-based source gas and H 2 Separately introduce gas and introduce H 2 The gas is heated and activated by the thermal catalyst 705 provided in the gas introduction path, and forms a film by being mixed with the Si-based gas in the plasma space 707. Even with this, a high-quality crystalline Si film having high crystallinity can be easily obtained. This is because the use of a thermal catalyst in this method 2 The amount of decomposition and activation of 4 Can be freely controlled independently of the amount of decomposition and activation of 4 Is activated only by plasma, so that undesired radical generation by the thermal catalyst 705 can be avoided, and a radiation blocking member 715 can be provided, so that radiation that directly reaches the base 712 from the thermal catalyst 705 can be prevented. It can be shut off to avoid an undesired rise in the film forming surface temperature, and furthermore, the gas heating effect as a secondary effect using the thermal catalyst 705 suppresses the higher silane generation reaction in the gas phase ( SiH 2 Since the higher silane generation reaction due to the molecule insertion reaction is an exothermic reaction, an increase in gas temperature due to gas heating has an effect of applying a brake to the higher silane generation reaction). Further, by using the shower head 700 and using a non-plate-like electrode (for example, an antenna electrode) instead of the conventional plate-like electrode as the plasma generation electrode 708, a high-frequency power supply of 27 MHz or more can be used. It had the ability to achieve uniform film thickness and uniform film quality in a large area. Further, as a more specific form in this case, a method in which a non-planar electrode also serves as a shower head has been partially disclosed. As described above, a satisfactory uniform film thickness distribution (within ± 15% as a guide) and a homogeneous film quality distribution (for example, within ± 15% as a crystallization rate distribution and within ± 10% as an efficiency characteristic distribution) in a 1 m square size are obtained. High-speed, high-quality film-forming conditions could be obtained.
[0016]
However, even in the prior art by the present inventors exhibiting these remarkable effects, the technique of the system in which the non-plate-shaped electrode also serves as a shower head has room for further improvement, and in particular, breakthrough in high productivity of the apparatus. Technology development was desired.
[0017]
In order to solve these problems, the present inventors have developed an antenna electrode type Cat-PECVD method disclosed in Japanese Patent Application No. 2002-155737-155544. In other words, a completely new film forming technique in which a thermal catalyst is incorporated in a hollow portion of an antenna electrode having a hollow structure was invented. As a result, uniform large-area plasma can be generated even at a high frequency using the VHF band, and at the same time, even under high-speed film forming conditions, for example, high-quality hydrogenated amorphous silicon film or crystalline It has become possible to form silicon films. By arranging a plurality of antenna electrodes arranged in parallel in the film-forming chamber in parallel, a plurality of antenna electrodes can be simultaneously formed on a plurality of substrates, thereby realizing a highly productive film processing system. I was able to.
[0018]
However, in the antenna electrode having the built-in thermal catalyst, the high-frequency power in the VHF band is supplied to generate a plasma at the antenna electrode, and is supplied to heat the thermal catalyst inside the antenna electrode. The problem still remains that plasma generation may not always be stable due to interaction with electric power. Further, there has been a problem that an antenna electrode having a built-in thermal catalyst may be deformed by heating due to radiant heat from the thermal catalyst.
[0019]
In addition, Technical digest of 11th PVSEC (1999) p779 discloses a plasma CVD apparatus in which a thermal catalyst is disposed immediately after a hydrogen gas introduction port. Although the introduction ports of the hydrogen gas and the silane gas are different, the hydrogen gas and the silane gas do not pass through the shower electrode, and it is difficult to obtain a uniform film thickness distribution and film quality distribution over a large area. Also, since the thermal catalyst is not isolated from the film forming space by the shower electrode, it is impossible to reduce the contact reaction with the silane gas, and it is not preferable in high-quality film forming to use atomic Si or gas phase reaction with the atomic Si. SiH and SiH which are undesirable in the same high quality film formation 2 Is inevitable. Further, the concept of the radiation blocking structure and the concept of VHF band generation of the plasma generation frequency is not shown, and it is difficult to achieve high quality. In addition, it does not use an antenna electrode which is a core of the present invention described later.
[0020]
In addition, Technical Digest of 16th EPSEC (2000) p421 discloses a capacitively coupled RF plasma CVD apparatus in which a thermal catalyst is installed in a plasma space. Also, the introduced gas does not pass through the shower electrode. Further, since the thermal catalyst is installed in the plasma space, it is impossible to block radiation to the base. Also, there is no concept of an antenna electrode.
[0021]
Further, Japanese Patent No. 2692226 discloses a catalytic CVD method in which a radiation blocking member through which a gas can pass is provided between a catalyst and a substrate. However, a gas is used so that a raw material gas is not activated by a thermal catalyst. It does not separate and introduce, nor does it activate the source gas by plasma. Of course, there is no concept of an antenna electrode.
[0022]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-310867 discloses a thin film forming apparatus having a catalyst electrode between a plasma generating electrode and a gas inlet, but does not separate and introduce a raw material gas. Nor does it have a radiation blocking structure. Also, there is no concept of an antenna electrode.
[0023]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-54441, a raw material gas is supplied into a container in which a thermal catalyst is disposed, and the inside of the container is isolated from the substrate. Although a catalytic CVD device to be supplied is disclosed, it does not relate to separating and introducing a raw material gas, and does not relate to a PECVD method. Also, there is no concept of an antenna electrode.
[0024]
Also, Japanese Patent No. 19952626 discloses a method of forming a film by introducing a raw material gas and a heating gas for decomposing the raw material gas. Neither does it have a blocking structure. Also, there is no concept of an antenna electrode.
[0025]
Further, Japanese Patent No. 19945527 discloses a method of forming a film by thermally decomposing a raw material gas. However, the method is not a method of not thermally decomposing a raw material gas and does not have a radiation blocking structure. Further, neither a plasma nor a shower head is used. Of course, there is no concept of an antenna electrode.
[0026]
Further, Japanese Patent No. 1927388 discloses a method in which a mesh-like activating means made of tungsten is provided in a film forming space to activate a gas containing hydrogen to deposit a film. It is not a method of separating and introducing without performing, and does not have a radiation blocking structure. Also, there is no concept of an antenna electrode.
[0027]
Also, Japanese Patent No. 2574741 discloses a structure in which one transport pipe has the other inside it, 4 And H 2 Is disclosed, but it does not use a shower head, nor does it have a radiation blocking structure. Also, there is no concept of an antenna electrode.
[0028]
Also, Japanese Patent No. 2927944 discloses that a hydrogen region is activated in a space different from a film formation space, mixed with a source gas and brought into contact with the source gas to form a plasma region, and the activation of the hydrogen gas is periodically performed. Although a method of depositing a film by intermittently and periodically exposing the substrate to the plasma is disclosed, it does not use a shower head and does not have a radiation blocking structure. Also, there is no concept of an antenna electrode.
[0029]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-114256 discloses a method of forming a film by decomposing a raw material gas by acting a catalyst and subjecting the raw material gas to plasma treatment, but this method does not separate and introduce the raw material gas. Further, neither a shower head nor a device having a radiation blocking structure is used. Also, there is no concept of an antenna electrode.
[0030]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-331942 discloses a method in which a film is formed by an apparatus having a surface reaction mechanism provided near the plasma generation unit to the substrate surface. It does not separate and introduce without decomposition and does not use a shower head. Further, since the thermal catalyst is between the plasma and the substrate, it is impossible to block radiation to the substrate. Also, there is no concept of an antenna electrode.
[0031]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-323421 discloses that SiH 4 And H 2 And SiH 4 The gas is activated by plasma to irradiate the substrate with ions and radicals, 2 A method of irradiating a substrate with a gas activated by a heated catalyst provided in a gas inlet is disclosed. However, the method does not use a shower head and does not have a radiation blocking structure. Also, there is no concept of an antenna electrode.
[0032]
Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-137274 discloses that SiH 4 And H 2 And introduced separately, H 2 Discloses a method of activating with heat or plasma during the introduction process, but does not use a shower head and does not have a radiation blocking structure. Also, there is no concept of an antenna electrode.
[0033]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-236781 discloses an antenna electrode type PECVD apparatus which is excellent in forming a large area and uniform film using a ladder-shaped flat coil (ladder) electrode. It does not heat and activate the gas.
[0034]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-295052 discloses an antenna-electrode-type PECVD capable of forming a large-area uniform film thickness by supplying AM-modulated VHF high-frequency (20 to 600 MHz to microwave) to an inductive coupling electrode. Although an apparatus is disclosed, it does not use a thermal catalyst to heat and activate a gas.
[0035]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-41950 discloses a method in which a hardly decomposable gas is heated in advance by a gas heating heater to improve the decomposability in plasma to obtain a high quality film. It does not use a catalyst, and thus does not provide a thermal catalyst in the antenna electrode, and does not lead to activation (decomposition) only by heating the gas. Also, SiH 4 And H 2 And introduced separately, H 2 It does not heat and activate only the thermal catalyst.
[0036]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-283436 describes a method for realizing high-speed film formation by heating and introducing a reactive gas. However, a method using a thermal catalyst is not used. It does not provide a catalyst body, nor does it lead to activation (decomposition) only by heating the gas. Also, SiH 4 And H 2 And introduced separately, H 2 It does not heat and activate only the thermal catalyst.
[0037]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-283344 discloses that a heater capable of independently controlling the temperature of a wire is incorporated into the wire of a ladder-like planar coil electrode to control the pressure distribution of a reaction gas in a reaction vessel to obtain a uniform and homogeneous material. Although a method of realizing film formation is described, it does not use a thermal catalyst, and therefore does not install a thermal catalyst in an antenna electrode, and is activated (decomposed) only by heating a gas. It does not even lead to. Further, the gas is not separated and introduced depending on the gas species.
[0038]
The present invention has been made in view of such a background, and is intended to form a Si-based film or a C-based film with high speed and high quality and with a uniform film thickness and uniform film quality over a large area. It is another object of the present invention to provide a Cat-PECVD method capable of achieving extremely high productivity, a film formed using the Cat-PECVD method, and a device manufactured using the film.
[0039]
[Means for Solving the Problems]
According to the Cat-PECVD method of the present invention, a raw material gas containing a gas containing Si and / or C in a molecular formula and a molecular formula heated by a thermal catalyst disposed in a gas introduction path do not contain Si and C. These gas introduction pipes pass through the hollow portions of the first and second gas introduction pipes having a hollow structure installed in the film forming space in a state in which the non-Si non-C-based gas is separated from each other. When the raw material-based gas is ejected from the plurality of gas outlets provided to the film forming space through the first gas introduction pipe also serving as an antenna electrode, the non-Si non-C-based gas is supplied to the second gas introduction pipe. The mixed gas of the raw material gas and the non-Si non-C-based gas jetted into the film formation space through the gas introduction tube, respectively, was connected to the first gas introduction tube. High frequency power from high frequency power supply Is decomposed and activated by the plasma generated by, characterized in that layer on the first and second oppositely disposed substrates gas inlet tube in the casting space is deposited.
[0040]
Further, the second gas introduction pipe is made of a nonmetallic material.
[0041]
In addition, the first gas introduction tube also serving as the antenna electrode is rod-shaped or U-shaped, the thermal catalyst is installed in a hollow portion of the second gas introduction tube, A plurality of introduction pipes are arranged in parallel to form an arrayed gas introduction pipe unit, the base is arranged on both sides of the arrayed gas introduction pipe unit, and the arrayed gas introduction pipe unit of the base is A substrate heating heater is disposed on a surface opposite to the surface facing the substrate, a plurality of the array-like gas introduction pipe units are present in one film forming chamber, and each unit has a parallel array surface. And an apparatus configuration capable of performing simultaneous double-sided film formation by the respective array-like gas introduction pipe units, and the source gas introduction path and / or the non-Si non-C A gas introduction path, introducing a gas for doping in the membrane, respectively characterized.
[0042]
Further, the film of the present invention is characterized by being formed by the above-mentioned Cat-PECVD method. In particular, in this film, the raw material gas contains a gas containing Si in a molecular formula but does not contain a gas containing C in a molecular formula, and the non-Si non-C-based gas contains H 2 Is contained, the Si-based film is a hydrogenated amorphous Si film, the hydrogen concentration in the film is 15 atomic% or less, and the Si-based film is crystalline Si. A hydrogen concentration of 10 atomic% or less in the film, the source gas includes a gas containing Si in a molecular formula and a gas containing C in a molecular formula, and the non-Si non-C-based gas contains H 2 Is contained, and the source gas contains a gas containing Si in a molecular formula, and the non-Si non-C gas contains H 2 And a Si-N-based film formed by including a gas containing N in a molecular formula in at least one of a raw material gas or a non-Si / non-C-based gas. Contains a gas containing Si, the non-Si non-C-based gas is a Si—O-based film formed by including a gas containing O in a molecular formula, and the raw material-based gas contains Si in a molecular formula. And a gas containing Ge. The non-Si non-C-based gas contains H 2 Is contained, and the source gas contains a gas containing C in a molecular formula, and the non-Si non-C gas contains H. 2 Is a C-based film formed by the inclusion of
[0043]
Further, a thin film device according to the present invention includes the above film. In particular, the thin film device is a photoelectric conversion device, a photoreceptor device, or a display device, and the base is a flat plate, a cylinder, or a film.
[0044]
Further, the present invention is characterized in that it is a film processing system in which a plurality of processing chambers including at least one apparatus for realizing the Cat-PECVD method are connected.
[0045]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings schematically illustrating the embodiments. FIG. 1 is an overall view showing an example of an apparatus for realizing the Cat-PECVD method of the present invention. In the case where the film-forming surface of a flat substrate is oriented in a direction perpendicular to the paper, a thermal catalyst is incorporated. It is sectional drawing in the 2nd gas introduction pipe position. FIG. 2 shows an example in which the gas introduction pipes are arranged in an array, and is a cross-sectional view when the film forming surface of the substrate is oriented in a direction parallel to the plane of the drawing. Only a part of the introduction pipe unit is shown, and the details of the end structure of the first gas introduction pipe made of a metal material also serving as an antenna electrode are omitted: see FIGS. FIG. 3 is a cross-sectional view of the array-like gas introduction pipe viewed from the central axis direction. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a detailed structure of a first gas introduction pipe made of a metal material that also functions as an antenna electrode without incorporating a thermal catalyst. FIG. 5 is a perspective view showing a three-dimensional structure of a second gas introduction pipe containing a thermal catalyst.
[0046]
In these figures, 101 is an inlet for a raw material gas containing a gas containing Si and / or C in the molecular formula, 102 is an inlet for a non-Si non-C gas consisting of a gas not containing Si and C in the molecular formula, 103 is a thermal catalyst, 104 is a power supply for heating the thermal catalyst 103, 105 is plasma, 106a is a first gas introduction pipe made of a metal material which does not incorporate the thermal catalyst and also serves as an antenna electrode, and 106b is a thermal catalyst , A high-frequency power supply, 108a a phase converter, 108b a power distributor, 109, 109a and 109b are substrates for film formation, 110 is a heater for heating the substrate, and 111a is a heater for heating the substrate. A gas outlet provided in the first gas introduction tube 106a which also functions as an antenna electrode without incorporating a thermal catalyst, and 111b is a gas outlet provided in the second gas introduction tube 106b which incorporates a thermal catalyst. Outlet, 112 a chamber insulating member for electrically insulating and 113 constituting the deposition space (film deposition chamber), 114a and 114b is a hollow portion of the gas inlet tube.
[0047]
As described above, in the Cat-PECVD method of the present invention, the raw material gas containing the gas containing Si and / or C in the molecular formula, and the Si in the molecular formula heated by the thermal catalyst disposed in the gas introduction path. The non-Si non-C-based gas composed of a gas not containing C passes through the hollow portions of the first and second gas introduction pipes having a hollow structure installed in the film forming space in a state where they are separated from each other. When being ejected from the plurality of gas ejection ports provided in these gas introduction pipes into the film forming space, the raw material gas passes through the first gas introduction pipe made of a metal material, and the non-Si non-C-based gas passes through the first gas introduction pipe. The mixed gas of the raw material gas and the non-Si non-C-based gas ejected to the film formation space through the second gas introduction pipe, respectively, is injected to the film formation space. Connected to the gas inlet pipe Is decomposed and activated by plasma generated by high-frequency power from the high-frequency power supply, and a film is deposited on a substrate disposed in the film-forming space so as to face the first and second gas introduction pipes. It is characterized by.
[0048]
Although not shown, the chamber 113 is evacuated by a vacuum pump. At this time, it is desirable to use a dry pump such as a turbo-molecular pump in order to suppress impurities from being exhausted from the exhaust system into the film formed on the substrate. At this time, the ultimate vacuum degree is at least 1 × 10 -3 Pa or less and 1 × 10 -4 It is more desirable to set it to Pa or less. The pressure during film formation is in the range of about 10 to 1000 Pa. The temperature of the substrate 109 by the substrate heating heater 110 is set to a temperature of 100 to 400 ° C, preferably 150 to 350 ° C.
[0049]
Hereinafter, each part will be described in detail.
= Separation of the first gas introduction pipe and the second gas introduction pipe =
First, the purpose of separating the first gas introduction pipe and the second gas introduction pipe is to separate the antenna electrode having a built-in thermal catalyst, as already described in the section of “Prior art and its problems”. When used, it is to solve the problem that the plasma generation may not always be stabilized due to the interaction between the high-frequency power for plasma generation and the power for heating the thermal catalyst. This can be realized by making the first gas introduction tube function as an antenna electrode and incorporating a thermal catalyst in the second gas introduction tube as in the present invention. As a result, uniform plasma generation can be stably and easily realized, and a uniform film thickness and uniform film quality can be formed in a large area.
= Material of the second gas inlet tube =
Further, the second gas introduction pipe of the present invention is desirably made of a nonmetallic material. As the nonmetallic material, a ceramic material such as glass, quartz, alumina, or SiC can be used. This solves the problem that the antenna electrode may be heated and deformed by radiant heat from the thermal catalyst, which has been a problem when using an antenna electrode made of a metal material having a built-in thermal catalyst.
= Gas inlet tube shape =
First, as the shape of the first gas introduction tube made of a metal material also serving as an antenna electrode, a shape such as a rod shape or a U shape can be selected. Specifically, the rod-shaped thing is the simplest thing, for example, is disclosed in JP-A-1-47875, JP-A-1-230782, and JP-A-2001-274101. The U-shape is disclosed in JP-A-4-21781.
[0050]
Here, the reason why the antenna type electrode is used instead of the conventional flat type electrode is as follows. Generally, the relationship between the frequency f of the high frequency power supply and the wavelength λ is given by λ = v / f in the plasma. Here, v is the propagation speed of the electromagnetic wave in the plasma, which is smaller than the speed c (light speed) of the electromagnetic wave in vacuum, so that λ is at most c / f or less. On the other hand, assuming that the length L of one side of the square electrode is a typical characteristic length as the size of the plasma generation electrode, if λ≫L, an electromagnetic wave interference effect does not occur and uniform plasma is generated. In addition, it is possible to form a film having a uniform thickness and a uniform film quality. For example, when f = 13.5 MHz, λ is about 22 m at the maximum, and it can be seen that the interference effect is not a problem with a 1 m square size plasma generating electrode.
[0051]
However, when the frequency f of the high frequency power supply is increased and λ / 4 becomes a value of about L or less, the interference effect cannot be ignored. For example, when f = 60 MHz, λ / 4 is 1.25 m at the maximum, and an interference effect occurs in a simple plate-shaped plasma generating electrode of 1 m square size, and a uniform electromagnetic field distribution, that is, uniform plasma generation is performed. Can not be expected.
[0052]
For this reason, in the case of forming a large-area film having a size of about 1 m square or more in a region where the frequency of the high-frequency power supply is equal to or higher than the VHF band, an antenna-type electrode is used instead of a flat-type plasma generation electrode, and a phase control technique described later is used. The development of technology for making the plasma generation uniform by introducing GaN is progressing, and this technology can also be used in the present Cat-PECVD method.
[0053]
The cross-sectional shape parallel to the direction perpendicular to the long axis direction of the antenna electrode may be generally a circle or a square. However, when more uniform film forming characteristics are particularly required, a more uniform plasma generation can be obtained. Is preferably a square that can realize the following.
= Installation position of thermal catalyst =
Next, although the installation position of the thermal catalyst body 103 is most desirable, the inside of the second gas introduction pipe having a hollow structure as shown in FIGS. (Hollow part). The non-Si non-C-based gas heated and activated by the thermal catalyst placed inside the second gas introduction pipe can be used without excessively impairing its temperature and activity. Is fed into the plasma space generated by the first gas inlet tube also serving as an antenna electrode, and its effect on film formation can be sufficiently maintained. For example, H 2 Using SiH as the raw material gas 4 , A low hydrogen dilution rate (low H 2 / SiH 4 Ratio) or low-frequency high-frequency power conditions make it easier to form a crystalline Si film, and also make it easier to form a hydrogenated amorphous Si film with a low hydrogen concentration in the film, which was also difficult without using a thermal catalyst. The effect of becoming dull is obtained.
[0054]
As described above, the installation position of the thermal catalyst body 103 is most desirably inside the second gas introduction pipe. However, even when the heat catalyst body 103 is installed in the gas path on the upstream side of the second gas introduction pipe, If it is particularly difficult to install the thermal catalyst inside the second gas introduction pipe, the thermal catalyst may be placed in the gas upstream of the second gas introduction pipe. It can also be installed on the route. However, in any case, it is still the most desirable to install the thermal catalyst inside the second gas introduction pipe in order to maximize the effects of the present invention.
= Array of gas introduction tubes =
Next, as for the method of arranging the gas introduction pipes, the base 109 is a plate or a film having a certain area, such as a substrate of a solar cell, for example. As shown in FIG. 2 and FIG. 3, it is preferable that a plurality of the introduction pipes are arranged in parallel and arranged in an array to form an arrayed gas introduction pipe unit. As a result, the first gas inlet tube also serving as an antenna electrode functions as an array-shaped antenna electrode unit, so that uniform and large-area plasma generation and film formation can be performed.
= Gas separation introduction method =
Next, a method for separating and introducing a raw material gas and a non-Si non-C-based gas will be described. As shown in FIGS. The gas is spouted independently from the second gas introduction pipes. At this time, the thermal catalyst 103 is desirably installed inside the second gas introduction pipe 106b into which the non-Si non-C-based gas is introduced.
[0055]
Here, the reason why the raw material gas and the non-Si non-C-based gas are separately introduced is that it is desired to heat only the non-Si non-C-based gas with the thermal catalyst. That is, if the raw material gas and the non-Si non-C-based gas are mixed and introduced, not only the non-Si non-C-based gas but also the raw-material gas is supplied by the thermal catalyst disposed in the gas introduction path. If the thermal catalyst temperature is equal to or higher than the decomposition temperature of the raw material gas, the raw material gas is decomposed and activated to form a film on the gas introduction path, and the raw material gas is heated. This is because it is significantly consumed before reaching the film forming space.
= Gas outlet position =
Next, at the gas outlet position, in the case of the second gas introduction pipe 106b in which the thermal catalyst 103 is installed, as shown in FIG. It is desirable that the heat radiation from 103 is arranged so as not to directly reach the film-forming substrate 109a or 109b. As a result, an undesired increase in the film forming surface temperature due to the radiation generated from the thermal catalyst can be avoided, and stable control of the film quality can be realized. In addition, in the case of the first gas introduction pipe 106a also serving as an antenna electrode in which the thermal catalyst is not installed, the gas ejection port may be at an arbitrary position.
= Arrangement of array antenna electrode unit =
Next, it is desirable that the array-shaped gas introduction tube unit is arranged vertically so that the array surface is parallel to the direction of gravity. By doing so, it is possible to very effectively prevent the powder from dropping and adhering to the base 109 during film formation on both sides of the array-like gas introduction tube unit as described later. In the case where a glass substrate or the like is used as the base 109, for example, the glass substrate can be transported in a vertical type, so that there is an advantage that handling becomes extremely easy without causing a problem of bending of the glass substrate. Of course, in this case, there is an advantage that the problem of bending of the array-like gas introduction pipe unit itself does not occur.
[0056]
As described above, it is desirable that the array-like gas introduction pipe unit is arranged vertically so that its array surface is parallel to the direction of gravity. The horizontal arrangement is not particularly limited so as to be perpendicular to the substrate, and the latter horizontal arrangement is adopted if the problem of the array electrode and the base body bending and the problem of powder drop adhesion can be almost ignored. No problem.
= Substrate arrangement =
Next, it is desirable that the bases 109 are arranged on both sides of the array-like gas introduction tube unit (see FIGS. 1 and 3). This enables simultaneous film formation on both sides of the array-shaped antenna electrode unit, thereby doubling the productivity of the apparatus.
= Substrate heater arrangement =
Next, as shown in FIG. 1, the substrate heater 110 is desirably disposed on both sides of the array-like gas introduction tube unit with the substrate interposed therebetween. That is, it is desirable that a substrate heater be disposed on the surface of the substrate opposite to the surface facing the array-like gas introduction pipe unit. This makes it possible to control the substrate deposition surface temperature during film deposition, and it becomes easier to realize high quality film deposition.
= Number and arrangement of array gas introduction pipe units =
Next, it is desirable that a plurality of sets of arrayed gas introduction pipe units are arranged in parallel in one film forming chamber (FIG. 2 shows an example in which three arrayed gas introduction pipe units are arranged). By doing so, simultaneous film formation by a plurality of array-like gas introduction pipe units becomes possible. Considering the simultaneous double-sided film formation with one array-like gas introduction pipe unit, for example, an array-like gas introduction pipe unit becomes 2 Simultaneous film formation on four sides is possible if the groups are arranged in parallel, and simultaneous film formation on six sides when three sets are arranged in parallel (FIG. 2 shows this case). ... If the number of arrayed gas introduction pipe units is increased in parallel, productivity as a film forming apparatus can be increased to several times or more at once. This is impossible with a conventional parallel plate type PECVD apparatus.
= Power supply method =
Next, as a method of supplying power to the first gas introduction tube 106a also serving as an antenna electrode, for example, as shown in FIG. 2, high-frequency power from a high-frequency power supply 107 is distributed by a power distributor 108b and transmitted. Alternatively, a high-frequency power supply may be provided for each of the first gas introduction pipes also serving as antenna electrodes (not shown). Here, the number of high-frequency power sources and the number of distributions do not necessarily have to match, and it is usually effective to reduce the equipment cost by realizing more power distribution with a smaller number of high-frequency power sources. If one high-frequency power supply cannot distribute and supply all necessary high-frequency power, a plurality of high-frequency power supplies can be prepared and distributed and supplied as needed.
= Phase control =
Next, in order to prevent non-uniform distribution of plasma due to unnecessary interference effects (strengthening and weakening), it is desirable that the phase of the high-frequency power is different at least between adjacent electrodes. This can be realized by using the phase converter 108a, but the same can be achieved by arranging the power supply points to the adjacent first gas introduction pipes in the array-like gas introduction pipe unit so as to be located in opposite directions to each other. (Not shown), and by using both of them, a more uniform large-area plasma can be generated.
= High frequency power supply method =
Further, as another method for making it easier to form a film having a uniform thickness and a uniform film quality over a large area, a plurality of high-frequency powers having different frequencies are superposed and supplied to the first gas introduction pipe 106a also serving as an antenna electrode. Then, there is a method of superimposing a plurality of plasmas having different spatial density distributions. As a result, the plasma density distribution can be made more uniform, so that a large-area uniform film can be formed on the substrate.
[0057]
As another method, there is a method of supplying high-frequency power of a different frequency to each of the first gas introduction pipes serving also as adjacent antenna electrodes (not shown). With this configuration, the plasma density distribution can be made more uniform by the electromagnetic interaction between the first gas introduction pipes which also serve as adjacent antenna electrodes, so that a large area and uniform film formation can be formed on the substrate. Can be performed.
[0058]
Still another method is to temporally fluctuate and modulate the high-frequency power frequency, temporally fluctuate the spatial density distribution of the plasma, and average the time, resulting in a uniform film formation. There is.
[0059]
Furthermore, if high-frequency power is intermittently supplied to the first gas introduction pipe 106a also serving as an antenna electrode, for example, by pulse-modulating plasma, the generation and growth of powder can be reduced as compared with the case of continuous plasma generation. In some cases, it can be suppressed and is effective for improving the film quality.
= High frequency power supply frequency =
Next, in the Cat-PECVD method and apparatus of the present invention, the first gas introduction pipe 106a also serving as an antenna electrode for generating plasma is connected to the high frequency power supply 107, and the frequency of the high frequency power supply 107 is 13.56 MHz or higher. In particular, the effect of the present invention, that is, the effect on large-area uniform film thickness / homogeneous film formation is remarkably exhibited in a high-frequency region of 27 MHz or more (so-called VHF band or more).
[0060]
That is, as described above, in the conventional flat electrode, a large-area film having a uniform film thickness of about 1 m square size and uniform film quality can be realized without relatively difficulty up to about 27 MHz. According to the present invention, even in a high-frequency region of 27 MHz or more, a large-area uniform film thickness / homogeneous film forming characteristic far superior to the conventional technology can be obtained.
[0061]
As the high frequency frequency of the VHF band, an arbitrary value can be selected as a continuous amount, and it is desirable to select an optimum frequency according to the electrode size and shape, but usually 40 MHz, 60 MHz is often used industrially. , 80 MHz, 100 MHz, etc. are sufficient.
[0062]
Here, the higher the frequency of the high-frequency power supply 107, the higher the electron density in the plasma, so that the decomposition activation rate of the raw material gas increases and the film forming speed increases. Further, as a non-Si non-C-based gas, H 2 When a gas is used, the generation rate of atomic hydrogen is also increased, so that the crystallization promoting effect can be more remarkably obtained. Therefore, a crystalline Si film can be obtained even under high-speed film forming conditions.
[0063]
Further, in the present invention, the activation of the non-Si non-C-based gas can be further promoted by using the thermal catalyst, so that H 2 When a gas is used, the effect of promoting crystallization is further increased in addition to the above-described effect of VHF itself, and a high-quality crystalline Si film can be obtained even under higher-speed film forming conditions. In particular, when forming a hydrogenated amorphous Si film, a film having a lower hydrogen concentration can be formed, and a hydrogenated amorphous Si film having more excellent light stability than that obtained by a conventional PECVD method alone can be obtained.
[0064]
Note that the frequency of the high-frequency power supply does not need to be limited to the VHF band up to about 100 MHz, and can be used up to the higher frequency UHF band and frequencies in the microwave range.
= Thermal catalyst =
Next, at least the surface of the thermal catalyst body 103 is made of a metal material in order to make the thermal catalyst body 103 function as a thermal catalyst body by applying an electric current thereto and heating and increasing the temperature by the Joule heat, but this metal material is more preferable. Is desirably made of a metal material containing at least one of Ta, W, Re, Os, Ir, Nb, Mo, Ru, and Pt as a main component. In addition, as the thermal catalyst 103, a wire material of the above-described metal material is usually used in many cases. However, it is not particularly limited to the wire shape, and a plate shape or a mesh shape may be used. it can. If the metal material as the thermal catalyst material contains impurities that are not preferable for film formation, before using the thermal catalyst 103 for film formation, a temperature higher than the heating temperature during film formation is required in advance. Preheating for several minutes or more is effective in reducing impurities.
= Power supply for heating the thermal catalyst =
As the power supply 104 for heating the thermal catalyst 103, it is usually convenient to use a DC power supply, but there is no problem even if an AC power supply with a low frequency that does not generate plasma is used. When a DC power supply is used, DC power may be intermittently supplied to the thermal catalyst 103 in order to control the degree of heating or decomposition / activation of the non-Si non-C-based gas as described later.
= Activation of non-Si non-C based gas =
Next, the non-Si non-C-based gas is heated by the thermal catalyst 103 and guided to the plasma space 105. A part of the non-Si non-C-based gas is decomposed and activated by the thermal catalyst 103, and the degree thereof is reduced to the temperature of the thermal catalyst. Proportional. For example, H 2 The generation of atomic hydrogen by the decomposition reaction becomes remarkable when the temperature of the thermal catalyst exceeds about 1000 ° C. depending on the pressure of the gas. This atomic hydrogen acts very effectively to promote crystallization of the Si film as described above. Even when the temperature of the thermal catalyst is about 1000 ° C. or less, the generation of atomic hydrogen is not so remarkable, and the temperature condition in which the crystallization promoting effect is not so expected, the secondary effect of using the thermal catalyst is also provided. Because the gas heating effect as described above suppresses the reaction of generating higher order silane, it is still effective for forming a high quality hydrogenated amorphous silicon film. However, it is desirable that the temperature of the thermal catalyst be at least 100 ° C. or more, more preferably 200 ° C. or more, in order to obtain the above effect. By setting the temperature to 200 ° C. or higher, the effect of gas heating can be more remarkably obtained. Note that the maximum temperature of the thermal catalyst is set to 2000 ° C. or lower, more preferably 1900 ° C. or lower. If the temperature exceeds 1900 ° C., problems such as degassing of impurities from the catalyst body and peripheral members and evaporation of the material itself of the catalyst body begin to occur. If the temperature exceeds 2000 ° C., the degassing and evaporation become remarkable.
= Activation amount adjustment method =
Here, H 2 As a method of realizing a method other than controlling the degree of heating or decomposition / activation of a non-Si non-C-based gas represented by the above-mentioned method using the temperature of the thermal catalyst, there is the following method.
[0065]
The first method is to control the surface area of the thermal catalyst 103. According to this, the degree of heating or decomposition / activation of the non-Si non-C-based gas can be controlled without lowering the temperature of the thermal catalyst body 103 while maintaining it at a certain temperature or higher. For example, in the case where a linear catalyst is used as the thermal catalyst 103, the surface area of the thermal catalyst 103 can be controlled by selecting the length and diameter of the thermal catalyst 103 and the number of the thermal catalyst 103 provided in one antenna electrode. . In particular, when a plurality of thermal catalysts 103 are installed in one antenna electrode (not shown), if these can be heated independently, the number of thermal catalysts to be heated can be determined as necessary. Thus, the degree of heating or decomposition / activation of the non-Si non-C-based gas can be changed stepwise.
[0066]
The second method is to heat the thermal catalyst 103 intermittently or periodically. Specifically, if the power of the heating power supply 104 is provided intermittently, for example, in a pulsed manner, or if a low-frequency AC power supply is used, the heating of the thermal catalyst 103 can be performed periodically. This makes it possible to continuously control the reaction time between the non-Si non-C-based gas and the thermal catalyst 103 per unit time, so that the degree of heating or decomposition / activation of the non-Si non-C-based gas is continuously controlled. Can be.
[0067]
The third method is to separately design and adjust the diameter of the source gas outlet 111a and the diameter of the non-Si non-C gas outlet 111b, or to adjust the total number of the source gas outlets 111a and the non-Si non-C The total number of system gas outlets 111b is designed and adjusted separately. The reduction in the diameter or the total number of ports in the non-Si non-C based gas outlet 111b reduces the amount of non-Si non-C based gas heated or decomposed and activated into the plasma space 105, and the non-Si non-C Increasing the diameter or increasing the total number of ports in the system gas outlet 111b can increase the amount of non-Si non-C-based gas that has been heated or decomposed and activated to the plasma space 105.
[0068]
A fourth method is to add a non-Si non-C-based gas introduction path (not shown) in which a thermal catalyst is not provided in the gas introduction path (not shown), and to adjust the flow rate of the non-Si non-C-based gas passing through the thermal catalyst 103. The purpose is to enable independent control of the flow rate of the non-Si non-C-based gas that does not pass through the thermal catalyst. That is, there are a plurality of introduction paths of the non-Si non-C-based gas, and at least one non-Si non-C-based gas is introduced into the plasma space without being heated by the thermal catalyst. As a result, the heated or decomposed / activated non-Si non-C-based gas and the non-Si non-C-based gas that are not heated can be mixed at an arbitrary gas flow ratio, and are released into the plasma space 105. The density of the heated or decomposed / activated non-Si non-C-based gas can be continuously changed. Here, the non-Si non-C-based gas introduction path which is not heated may be merged with the raw material-based gas introduction path, and the introduction structure becomes simpler if merged in this way.
= Gas path material =
Next, at least a part of the surface of at least one of the inner wall of the gas pipe and the inner wall of the hollow antenna electrode in the non-Si non-C-based gas introduction path is made of a material containing at least one of Ni, Pd, and Pt. Is desirable. These metal elements are, for example, H 2 Since there is a catalytic action that promotes the dissociation of gas molecules, the probability that the decomposed and activated non-Si non-C-based gas is recombined and deactivated on the surface of the member can be reduced.
= Gas heating =
Next, it is desirable that a thermal catalyst be provided (not shown) also in the raw material gas introduction path in order to promote the gas heating effect. However, the temperature of the thermal catalyst is controlled to be lower than the temperature at which the raw material gas is decomposed so that the raw material gas is not decomposed by the thermal catalyst. For example, SiH is used as a source gas. 4 Is used, the temperature is set to 500 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or lower.
[0069]
As another method of promoting the gas heating effect, there is a method of installing a heater on the wall surface of the film forming chamber. That is, in the conventional method in which the inner wall surface of the film forming chamber is not particularly heated, a higher silane generation reaction (exothermic reaction) easily occurs on the inner wall surface of the film forming chamber having a low temperature, and this is an important factor of the deterioration of the film quality. In contrast to the cause of powder generation, this method actively heats the inner wall of the film-forming chamber, which suppresses the exothermic reaction of higher silane generation and reduces the amount of powder generated. it can. Here, when the raw material gas contains a gas containing Si in a molecular formula, the temperature of the heater is set to 500 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or lower. Thereby, the thermal CVD reaction (film formation reaction) on the heater surface is sufficiently suppressed, so that the waste of the source gas in this portion can be suppressed.
= Doping gas introduction method =
Next, when supplying a doping gas, the doping gas can be introduced into the source gas introduction path and / or the non-Si non-C-based gas introduction path. At this time, the p-type doping gas contains B 2 H 6 Etc., and the n-type doping gas is PH 3 Etc. can be used.
= Electric circuit =
It is desirable to provide a pass capacitor (not shown) as a high-frequency blocking means in the circuit of the catalyst body heating power supply 104. Thus, the entry of high-frequency components from the high-frequency power supply can be prevented, and stable film formation can be realized more reliably.
= Substrate shape =
As the base 109, for example, in the case of a device such as a solar cell, a plate-shaped substrate such as a glass substrate, or a film-shaped substrate such as a metal material or a resin material can be used. In this case, a non-flat plate such as a cylinder can be used.
= Membrane =
According to the Cat-PECVD method of the present invention, it is possible to form a high-speed, high-quality film with high uniformity in both film thickness and film quality over a large area. Are disclosed in Japanese Patent Application Nos. 2001-29331 and 2002-38686 filed by the present inventors), and specifically, the effect is remarkably exerted particularly on a Si-based film or a C-based film described below. .
[0070]
In the first example, the raw material gas contains a gas containing Si in the molecular formula, but does not contain a gas containing C in the molecular formula, and the non-Si non-C-based gas contains H. 2 Is a Si-based film formed by including Si. Specifically, for example, the raw material gas is SiH 4 And H for non-Si non-C-based gas 2 Is used, a high-quality hydrogenated amorphous silicon film or a high-quality crystalline silicon film can be formed at a high speed and with a high uniformity of film thickness and film quality over a large area for the above-mentioned reason. .
[0071]
According to the method of the present invention, the hydrogen concentration in the hydrogenated amorphous silicon film can be set to 15 atomic% or less. More preferably, it can be set to 10 atomic% or less, further preferably 5 atomic% or less, whereby the problem of photodeterioration of the hydrogenated amorphous silicon film, which has been a long-standing problem, can be significantly reduced. When used for a battery, high stabilization efficiency can be obtained.
[0072]
Further, according to the method of the present invention, the hydrogen concentration in the crystalline silicon film can be set to 10 atomic% or less. More preferably, it can be set to 5 atomic% or less, further preferably 3.5 atomic% or less, whereby the deterioration with time of the characteristics due to the post-oxidation phenomenon at the crystal grain boundary described in the section of the embodiment of the solar cell described later. Can be reduced. That is, by setting the hydrogen content in the film to 5 atomic% or less, the temporal deterioration rate can be reduced to about several percent or less, and by setting the hydrogen concentration in the film to 3.5 atomic% or less, the temporal deterioration rate can be made almost zero.
[0073]
In the second example, the source gas contains a gas containing Si in the molecular formula and a gas containing C in the molecular formula, and the non-Si non-C-based gas contains H 2 Is a Si-C-based film formed by including the above. Specifically, for example, the raw material gas is SiH 4 And CH 4 And H for non-Si non-C-based gas 2 Is used to form a high-quality hydrogenated amorphous silicon carbide film or a high-quality crystalline silicon carbide film at a high speed and with high uniformity of film thickness and film quality over a large area for the reasons already described above. Can be.
[0074]
In the third example, the source gas contains a gas containing Si in a molecular formula, and the non-Si non-C gas contains H. 2 , And the gas containing N in the molecular formula is a Si—N-based film formed by being included in at least one of a source gas or a non-Si non-C-based gas. Specifically, for example, the raw material gas is SiH 4 And H for non-Si non-C-based gas 2 With NH as a gas containing N 3 Is used to form a high-quality hydrogenated amorphous silicon nitride film or a high-quality crystalline silicon nitride film at a high speed and with a high uniformity of film thickness and film quality over a large area for the reasons described above. Can be.
[0075]
The fourth example is a Si—O-based film formed by including a gas containing Si in the molecular formula in the raw material-based gas and a gas containing O in the molecular formula in the non-Si non-C-based gas. . Specifically, for example, the raw material gas is SiH 4 And if necessary H 2 For non-Si non-C based gas 2 If He or Ar is used, a high-quality amorphous silicon oxide film or a high-quality crystalline silicon oxide film can be formed at a high speed over a large area with high uniformity of film thickness and film quality for the above-mentioned reason. Can be formed.
[0076]
In the fifth example, the source gas contains a gas containing Si in a molecular formula and a gas containing Ge, and the non-Si non-C gas contains H 2 Is a Si-Ge-based film formed by including Si. Specifically, for example, the raw material gas is SiH 4 And GeH 4 And H for non-Si non-C-based gas 2 Is used to form a high-quality hydrogenated amorphous silicon germanium film or a high-quality crystalline silicon germanium film at a high speed and with high uniformity of film thickness and film quality over a large area for the reasons already described above. Can be.
[0077]
In the sixth example, the source gas contains a gas containing C in the molecular formula, and the non-Si non-C-based gas contains H. 2 Is a C-based film formed by the inclusion of Specifically, for example, CH- 4 And a small amount of O if necessary 2 And H for non-Si non-C-based gas 2 By using, a high-quality amorphous carbon film or a high-quality crystalline carbon film can be formed at a high speed over a large area with high uniformity of film thickness and film quality for the above-mentioned reason. Specifically, a film such as a diamond film or a diamond-like carbon film can be formed.
= Thin film device =
Next, when the film formed by the Cat-PECVD method of the present invention is used for a thin film device, the following thin film device can be manufactured at high performance and at low cost.
[0078]
A first example of a thin film device is a photoelectric conversion device. If a film formed by the Cat-PECVD method of the present invention is used for a photoactive layer, high-performance characteristics can be realized at high speed, that is, at low cost. In particular, in the case of a solar cell, which is a representative example of a photoelectric conversion device, the high-speed, high-quality, large-area film forming characteristics of the Cat-PECVD method of the present invention are sufficiently exhibited to produce a high-efficiency and low-cost thin-film solar cell. be able to. Other than the solar cell, a similar effect can be obtained with a device having a photoelectric conversion function such as a photodiode, an image sensor, or an X-ray panel.
[0079]
The second example of the device is a photoreceptor device. If a film formed by the Cat-PECVD method of the present invention is used for the photoreceptive layer, high-performance characteristics can be realized at high speed, that is, at low cost. In particular, when used for a silicon-based film in a photosensitive drum, a relatively thick silicon-based film ranging from several μm to several tens μm can be formed with high quality in a short time, which is very effective in reducing the manufacturing cost.
[0080]
The third example of a device is a display device. If a film formed by the Cat-PECVD method of the present invention is used as a driving film, high-performance characteristics can be realized at high speed, that is, at low cost. In particular, when it is used for an amorphous silicon film or a polycrystalline silicon film in a TFT, which is a representative example of a large-area device next to a solar cell, it is very effective in reducing the manufacturing cost for the same reason as described for the solar cell. Similar effects can be obtained with devices having a display function such as an image sensor and an X-ray panel other than the TFT.
= Apparatus (see FIG. 6) =
The film processing system for realizing the Cat-PECVD method of the present invention is a film processing system including a plurality of vacuum chambers having at least one film forming chamber capable of realizing the above-described method.
[0081]
Here, the plurality of vacuum chambers include at least a p-type film forming film forming chamber, an i-type film forming film forming chamber, and an n-type film forming film forming chamber. The chamber is desirably a film forming chamber capable of realizing the Cat-PECVD method of the present invention.
[0082]
It is preferable that at least one of the plurality of vacuum chambers is a film forming chamber capable of realizing the Cat-CVD method. This enables, for example, a high-speed and high-quality hydrogenated amorphous silicon film to be formed by a Cat-CVD method. For example, a hydrogenated amorphous silicon film can be used as a photoactive layer of a top cell of a tandem solar cell. For example, the degree of freedom in combination when forming a multilayer film can be increased. It is known that a hydrogenated amorphous silicon film formed by the Cat-CVD method can have a lower hydrogen concentration than that formed by the PECVD method, and it is possible to realize a smaller optical bandgap characteristic which is more excellent in light absorption characteristics. it can. Further, there is an advantage that the photodegradation characteristic, which has been a long-standing problem of the hydrogenated amorphous silicon film, can be suppressed to a low level.
[0083]
It is preferable that at least one of the plurality of vacuum chambers is a film forming chamber capable of realizing the PECVD method. This increases the degree of freedom of combination when forming a multilayer film, for example, film deposition on a film surface that is weak to the reduction action of atomic hydrogen such as an oxide transparent conductive film can be realized under conditions where this reduction action is suppressed as much as possible. be able to.
[0084]
Further, it is desirable that the plurality of vacuum chambers include at least a front chamber for the purpose of not opening the film forming chamber to the atmosphere. Further, if the plurality of vacuum chambers include at least a front chamber and a rear chamber, productivity is improved. More desirable above. Also, it is desirable that the plurality of vacuum chambers include at least a heating chamber in order to improve productivity.
[0085]
In the method of arranging the plurality of vacuum chambers, the plurality of vacuum chambers can be connected and arranged in a linear manner continuously, or the plurality of vacuum chambers are arranged in a star shape so as to be connected to at least one existing core chamber. You can also.
[0086]
Here, it is desirable that the film forming chamber is of a vertical type in which a substrate such as a glass substrate is processed in a vertical type. By using the vertical type, it is less susceptible to the drop adhesion of foreign matter such as powder, which is a problem in the horizontal deposition method, and the uneven temperature on the base film formation surface due to the warpage of the substrate, which is a problem in the horizontal deposition method. Distribution is less likely to occur. However, as long as these problems do not actually cause a problem, a horizontal type may be used.
= Thin-film Si solar cell =
Hereinafter, a thin-film Si solar cell will be described as an embodiment of the device according to the present invention with reference to FIG. In FIG. 10, 11 is a translucent substrate, 12 is a first transparent conductive film, 13 is a semiconductor multilayer film, 13a is a first semiconductor bonding layer, 13b is a second semiconductor bonding layer, and 14 is a second transparent conductive layer. A conductive film, 15a is a metal film serving as a first extraction electrode, and 15b is a metal film serving as a second extraction electrode.
[0087]
First, the translucent substrate 11 is prepared. As the translucent substrate 11, a plate material or a film material made of glass, plastic, resin, or the like can be used.
[0088]
Next, the first transparent conductive film 12 is formed. The material of the transparent conductive film 12 is SnO 2 Well-known materials such as ITO, ITO, and ZnO can be used. However, when a subsequent Si film is formed, SiH 4 And H 2 Therefore, it is desirable to form a ZnO film having excellent reduction resistance at least as a final surface, since it will be exposed to a hydrogen gas atmosphere caused by the use of GaN. Known techniques such as a CVD method, a vapor deposition method, an ion plating method, and a sputtering method can be used as a film forming method. The thickness of the first transparent conductive film 12 is adjusted in the range of about 60 to 500 nm in consideration of the antireflection effect and the reduction in resistance.
[0089]
Next, the semiconductor multilayer film 13 is formed. Here, a tandem type in which semiconductor films are stacked in a pinpin (or nipnip) configuration will be described as an example, but a single junction in which a semiconductor film is stacked in a pin (or nip) configuration is not limited to the tandem type. The contents described in the present embodiment can of course be applied to a triple junction type in which a semiconductor film is stacked in a pinpinpin (or nipnipnip) configuration or a multi-junction type element structure of a triple junction type or higher.
[0090]
First, a first semiconductor bonding layer 13a including a hydrogenated amorphous silicon film in a photoactive layer is formed. Specifically, it is preferable to have a p-type layer (n-type layer) / photoactive layer / n-type layer (p-type layer) structure (not shown), and the photoactive layer is i-type. The above notation indicates the order of film formation, meaning lower layer / upper layer.
[0091]
Here, as the p-type layer (n-type layer), a crystalline silicon film including a hydrogenated amorphous silicon film or a microcrystalline silicon film can be used. The film thickness is adjusted in the range of about 2 to 100 nm depending on the material. 1 × 10 for doping element concentration 18 ~ 1 × 10 21 / Cm 3 As a degree, substantially p + Type (n + Type). The SiH used for film formation 4 , H 2 And the doping gas B 2 H 6 (PH 3 )) Plus CH 4 If an appropriate amount of gas containing C (carbon) such as x C 1-x A film is obtained, which is very effective for forming a window layer with small light absorption loss, and is also effective for reducing a dark current component for improving an open circuit voltage. A similar effect can be obtained by mixing an appropriate amount of a gas containing O (oxygen) or a gas containing N (nitrogen) in addition to C. Here, as a method for forming the silicon film, a conventionally known PECVD method or Cat-CVD method can be used, but the method of the present invention can be used as a matter of course.
[0092]
Next, a hydrogenated amorphous silicon film is used for the photoactive layer, and the film thickness is adjusted in the range of about 0.1 to 0.5 μm. The conductivity type is basically i-type, but for the purpose of fine adjustment of the internal electric field strength distribution, n Type (p (Actually, even a non-doped film usually shows a slight n-type characteristic). Here, as a method for forming the hydrogenated amorphous silicon film, a conventionally known PECVD method or Cat-CVD method can be used. However, if the method of the present invention is used, a high-quality hydrogenated amorphous silicon film can be obtained. Since the film can be formed at a high speed with a large area and with high productivity, it is particularly effective for manufacturing a high-efficiency and low-cost thin-film Si solar cell. Further, according to the present invention, the hydrogen concentration in the film can be reduced to 15 atomic% or less, but more preferably 10 atomic% or less, more preferably 5 atomic% or less, which is difficult to realize by the conventional PECVD method. Since a film is obtained, the degree of photodegradation, which has been a problem of hydrogenated amorphous silicon films for many years, can be reduced.
[0093]
Finally, as the n-type layer (p-type layer), a crystalline silicon film including a hydrogenated amorphous silicon film and a microcrystalline silicon film can be used. The thickness is adjusted in the range of about 2 to 100 nm depending on the material. 1 × 10 for doping element concentration 18 -10 21 / Cm 3 The degree is substantially n + Type (p + Type). The SiH used for film formation 4 , H 2 And the doping gas PH 3 (B 2 H 6 )) Plus CH 4 If an appropriate amount of gas containing C (carbon) such as x C 1-x A film can be obtained, and a film with little light absorption loss can be formed, and it is also effective in reducing a dark current component for improving an open circuit voltage. A similar effect can be obtained by mixing an appropriate amount of a gas containing O (oxygen) or a gas containing N (nitrogen) in addition to C. Here, as a method for forming the silicon film, a conventionally known PECVD method or Cat-CVD method can be used, but the method of the present invention can be used as a matter of course.
[0094]
In order to further improve the junction characteristics, an i-type non-conductive layer is formed between the p-type layer (n-type layer) and the photoactive layer or between the photoactive layer and the n-type layer (p-type layer). Single-crystal Si layer or non-single-crystal Si x C 1-x Layers may be inserted. At this time, the thickness of the insertion layer is about 0.5 to 50 nm.
[0095]
Next, a second semiconductor bonding layer 13b including a crystalline silicon film in the photoactive layer is formed. Specifically, it is desirable to use a p-type layer (n-type layer) / photoactive layer / n-type layer (p-type layer) (not shown), and the photoactive layer is preferably i-type.
[0096]
Here, as the p-type layer (n-type layer), a crystalline silicon film including a hydrogenated amorphous silicon film or a microcrystalline silicon film can be used. The thickness is adjusted in the range of about 2 to 100 nm depending on the material. Doping element concentration is 1 × 1E18 to 1E21 / cm 3 As a degree, substantially p + Type (n + Type). Note that the SiH used for film formation is 4 , H 2 And the doping gas B 2 H 6 (PH 3 )) Plus CH 4 If an appropriate amount of gas containing C (carbon) such as x C 1-x A film is obtained, which is very effective for forming a window layer with small light absorption loss, and is also effective for reducing a dark current component for improving an open circuit voltage. A similar effect can be obtained by mixing an appropriate amount of a gas containing O (oxygen) or a gas containing N (nitrogen) in addition to C. Here, as a method for forming the silicon film, a conventionally known PECVD method or Cat-CVD method can be used, but the method of the present invention can be used as a matter of course.
[0097]
Next, a crystalline silicon film typified by a microcrystalline silicon film is used for the photoactive layer, and the thickness is adjusted in a range of about 1 to 3 μm. The conductivity type is basically i-type, but for the purpose of fine adjustment of the internal electric field strength distribution, n Type (p Type). At this time, as the film structure, the surface shape after film formation is suitable for optical confinement as an aggregate of (110) -oriented columnar crystal grains generated as a result of preferential growth of the (110) plane among the crystal planes. It is desirable to have a self-generated uneven structure. Here, as a method for forming the crystalline silicon film, a conventionally known PECVD method or Cat-CVD method can be used. However, by using the method of the present invention, a high-quality crystalline silicon film can be formed. Since a film can be formed at a high speed and with a large area and with high productivity, it is particularly effective for manufacturing a high-efficiency and low-cost thin-film Si solar cell. Further, according to the present invention, a crystalline silicon film having a hydrogen concentration in the film of 10 atomic% or less can be obtained, but a film having a low hydrogen concentration of 5 atomic% or less, still more preferably 3.5 atomic% or less can be obtained. Obtainable.
[0098]
Here, in the case of a crystalline silicon film, most of the hydrogen is present in the crystal grain boundary portion, and the bonding state of the hydrogen with Si and the density thereof are determined by the quality of the crystal grain boundary (the carrier reclamation at the crystal grain boundary). (Proportional to the reciprocal of the binding rate). That is, SiH is a state in which two H atoms and two other Si atoms are bonded to one Si atom existing at the crystal grain boundary. 2 The higher the bond density, the more the so-called post-oxidation phenomenon (when the film is exposed to the 2 , CO 2 , H 2 Oxygen-containing gas components such as O diffuse, adsorb, and oxidize at the crystal grain boundaries in the film, causing a change in the bonding state of the crystal grain boundaries.) Of the film quality with the passage of time (that is, deterioration of the characteristics with the passage of time). However, as the hydrogen concentration in the film decreases, the SiH 2 Since the bond density is also reduced, it is possible to reduce the deterioration with time due to the post-oxidation. Specifically, when the hydrogen concentration in the film is 5 atomic% or less, the temporal deterioration rate can be suppressed to about several percent or less, and when the hydrogen concentration in the film is 3.5 atomic% or less, the temporal deterioration rate becomes almost zero. can do. As a result, a more efficient solar cell can be manufactured.
[0099]
Finally, as the n-type layer (p-type layer), a crystalline silicon film including a hydrogenated amorphous silicon film and a microcrystalline silicon film can be used. The thickness is adjusted in the range of about 2 to 100 nm depending on the material. 1 × 10 for doping element concentration 18 -10 21 / Cm 3 The degree is substantially n + Type (p + Type). The SiH used for film formation 4 , H 2 And the doping gas PH 3 (B 2 H 6 )) Plus CH 4 If an appropriate amount of gas containing C (carbon) such as x C 1-x A film can be obtained, and a film with little light absorption loss can be formed, and it is also effective in reducing a dark current component for improving an open circuit voltage. A similar effect can be obtained by mixing an appropriate amount of a gas containing O (oxygen) or a gas containing N (nitrogen) in addition to C. Here, as a method for forming the silicon film, a conventionally known PECVD method or Cat-CVD method can be used, but the method of the present invention can be used as a matter of course.
[0100]
In order to further improve the junction characteristics, substantially i-type non-single-crystal Si is provided between the p-type layer (n-type layer) and the photoactive layer or between the photoactive layer and the n-type layer (p-type layer). Layers may be inserted. At this time, the thickness of the insertion layer is about 0.5 to 50 nm.
[0101]
Next, a second transparent conductive film 14 is formed. As a transparent conductive film material, SnO as a metal oxide material is used. 2 , ITO, ZnO and the like can be used. Known techniques such as a CVD method, an evaporation method, an ion plating method, a sputtering method, and a sol-gel method can be used as a film forming method. The second transparent conductive film 14 can be omitted when high efficiency is not particularly required.
[0102]
Finally, a metal film 15a and a metal film 15b to be the extraction electrodes 1 and 2 are formed. As the metal material, it is desirable to use Al, Ag, or the like, which has excellent conductivity and light reflection properties. As the film forming method, known techniques such as an evaporation method, a sputtering method, an ion plating method, and a screen printing method can be used. The electrode pattern can be formed into a desired pattern by using a masking method, a lift-off method, or the like. At this time, the film thickness is about 0.1 μm or more. When the adhesive strength between the metal film 15a and the second transparent conductive film 14 or between the metal film 15b and the first transparent conductive film 12 is low, a thin metal film such as Ti which is easily oxidized has a thickness of 1 to 4. It is preferable to intervene between the two films at about 10 nm.
[0103]
When a light confinement structure is introduced for the purpose of further improving the conversion efficiency, the structure described in Japanese Patent Application No. 2002-78196 can be employed. That is, the maximum height Rmax of the unevenness at the interface between the first transparent conductive film and the semiconductor multilayer film is smaller than the maximum height Rmax of the unevenness at the interface between the second transparent conductive film and the metal film. (At this time, the maximum height Rmax of the unevenness at the interface between the first transparent conductive film and the semiconductor multilayer film is preferably 0.08 μm or less, and the second transparent conductive film and the metal The maximum height Rmax of the unevenness at the interface with the film is preferably 0.05 μm or more), and the maximum height Rmax of the unevenness at the interface between the semiconductor multilayer film and the second transparent conductive film is the first height. The maximum height Rmax of the unevenness at the interface between the transparent conductive film and the semiconductor multilayer film is smaller than the maximum height Rmax of the unevenness at the interface between the second transparent conductive film and the metal film. Or a light-transmitting structure The structure in which the interface between the conductive substrate and the first transparent conductive film has a concavo-convex structure can form an effective light confinement structure, so that the photocurrent density increases. And higher conversion efficiency can be realized.
[0104]
As described above, according to the present invention, a high-quality Si thin film can be formed at high speed and in a large area with high productivity, so that a high-efficiency and low-cost thin-film Si solar cell can be manufactured. .
[0105]
【The invention's effect】
According to the Cat-PECVD method of claims 1 to 9, a raw material gas containing a gas containing Si and / or C in a molecular formula, and Si in a molecular formula heated by a thermal catalyst disposed in a gas introduction path. And a non-Si non-C-based gas composed of a gas not containing C pass through the hollow portions of the first and second gas introduction pipes having a hollow structure installed in the film forming space in a state where they are separated from each other. When the raw material gas is ejected from the plurality of gas outlets provided in these gas introduction pipes into the film forming space, the raw material gas passes through the first gas introduction pipe also serving as an antenna electrode and passes through the first non-Si non-C gas. Is ejected into the film formation space through the second gas introduction pipe, and the mixed gas of the raw material gas and the non-Si non-C gas ejected into the film formation space is mixed with the first gas introduction gas. High frequency power supply connected to pipe Is decomposed and activated by the plasma generated by the high-frequency power, and a film is deposited on the substrate disposed in the film formation space so as to face the first and second gas introduction pipes. Interaction between high-frequency power and power for heating the thermal catalyst can be eliminated, making it easier to achieve uniform plasma generation, making it possible to form a uniform film and a uniform film quality over a large area. it can.
[0106]
In particular, in the Cat-PECVD method according to the second aspect, since the second gas introduction pipe is made of a nonmetallic material, it is possible to suppress the gas introduction pipe from being heated and deformed by radiant heat of the thermal catalyst.
[0107]
Further, according to the film of claims 10 to 18 and the thin film device of claims 19 to 21, the uniformity of film thickness and film quality over a large area is high, and high-performance and rapid production is possible. Can be.
[0108]
According to the film processing system of claim 22, it is possible to manufacture a thin film device with high productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an apparatus structure for realizing a Cat-PECVD method according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an example of an arrangement of gas introduction pipes for realizing the Cat-PECVD method according to the present invention, and is a cross-sectional view of a film forming surface of a substrate.
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of an arrangement of gas introduction pipes for realizing the Cat-PECVD method according to the present invention, and is a cross-sectional view as viewed from a central axis direction of the gas introduction pipe.
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an example of a first gas introduction pipe that does not incorporate a thermal catalyst for realizing the Cat-PECVD method according to the present invention, where the central axis direction of the gas introduction pipe is vertical. FIG.
FIG. 5 is a perspective view schematically illustrating a second gas introduction pipe example made of a metal material that also functions as an antenna electrode without incorporating a thermal catalyst for realizing the Cat-PECVD method according to the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram schematically illustrating a film processing system according to the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a conventional PECVD apparatus.
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a conventional Cat-CVD apparatus.
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a Cat-PECVD apparatus.
FIG. 10 is a sectional view schematically showing an example of a thin film device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
11: Translucent substrate
12: first transparent conductive film
13: Semiconductor multilayer film
13a: first semiconductor bonding layer
13b: second semiconductor bonding layer
14: second light-transmitting conductive film
15a: Extraction electrode 1
15b: extraction electrode 2
101: Source gas supply port
102: Non-Si non-C-based gas supply port
103: thermal catalyst
104: Power supply for heating the thermal catalyst
105: Plasma
106a: 1st gas introduction pipe (also serves as antenna electrode)
106b: 2nd gas introduction pipe
107: High frequency power supply
108a: phase converter
108b: power distributor
109: Substrate
110: Substrate heater
111a: gas ejection port of first gas introduction pipe
111b: Gas ejection from the second gas introduction pipe
112: insulating member
113: Chamber
114a: hollow portion (non-Si non-C gas path)
114b: hollow portion (source gas path)

Claims (22)

分子式にSiおよび/またはCを含むガスを含んだ原料系ガスと、ガス導入経路に配設された熱触媒体によって加熱される分子式にSiとCを含まないガスからなる非Si非C系ガスとが、それぞれ分離された状態で、製膜空間に設置された中空構造を有した第1及び第2のガス導入管の中空部を通ってこれらガス導入管に設けられた複数のガス噴出口から前記製膜空間に噴出されるにあたって、前記原料系ガスはアンテナ電極を兼ねる前記第1のガス導入管を通して、前記非Si非C系ガスは前記第2のガス導入管を通して、それぞれ前記製膜空間に噴出され、該製膜空間に噴出された前記原料系ガスと前記非Si非C系ガスの混合ガスは、前記第1のガス導入管に接続された高周波電源からの高周波電力によって生成されたプラズマによって分解・活性化されて、前記製膜空間において前記第1及び第2のガス導入管に対向して配置された基体に膜が堆積されることを特徴とするCat−PECVD法。A non-Si non-C-based gas composed of a raw material gas containing a gas containing Si and / or C in a molecular formula, and a gas not containing Si and C in a molecular formula heated by a thermal catalyst disposed in a gas introduction path Are separated from each other, pass through the hollow portions of the first and second gas introduction pipes having a hollow structure installed in the film forming space, and a plurality of gas ejection ports provided in the gas introduction pipes When the raw material-based gas is ejected from the film forming space through the first gas introduction pipe also serving as an antenna electrode, the non-Si non-C-based gas passes through the second gas introduction pipe, thereby forming the film-forming gas. The mixed gas of the raw material gas and the non-Si non-C gas ejected into the space and ejected into the film forming space is generated by high-frequency power from a high-frequency power supply connected to the first gas introduction pipe. By the plasma Cat-PECVD method characterized by the membrane is deposited on the first and second oppositely disposed substrates gas introduction pipe is decomposed and activated, in the film forming space Te. 前記第2のガス導入管が非金属材料からなることを特徴とする請求項1に記載のCat−PECVD法。The Cat-PECVD method according to claim 1, wherein the second gas introduction pipe is made of a non-metallic material. 前記アンテナ電極を兼ねる第1のガス導入管は、棒状、またはU字状であることを特徴とする請求項1に記載のCat−PECVD法。2. The Cat-PECVD method according to claim 1, wherein the first gas introduction tube serving also as the antenna electrode has a rod shape or a U shape. 3. 前記熱触媒体は前記第2のガス導入管の中空部に設置されていることを特徴とする請求項1に記載のCat−PECVD法。The Cat-PECVD method according to claim 1, wherein the thermal catalyst is provided in a hollow portion of the second gas introduction pipe. 前記ガス導入管は複数個並列配置されてアレイ状ガス導入管ユニットを成していることを特徴とする請求項1に記載のCat−PECVD法。2. The Cat-PECVD method according to claim 1, wherein a plurality of the gas introduction pipes are arranged in parallel to form an array gas introduction pipe unit. 3. 前記基体は前記アレイ状ガス導入管ユニットの両側に配置されることを特徴とする請求項5に記載のCat−PECVD法。The Cat-PECVD method according to claim 5, wherein the bases are arranged on both sides of the array-like gas introduction pipe unit. 前記基体のアレイ状ガス導入管ユニットに対面する面とは反対側の面には基体加熱ヒーターが配置されていることを特徴とする請求項5に記載のCat−PECVD法。The Cat-PECVD method according to claim 5, wherein a substrate heating heater is disposed on a surface of the substrate opposite to a surface facing the arrayed gas introduction pipe unit. 前記アレイ状ガス導入管ユニットは、1製膜室に複数個存在し、且つ各ユニットはそれぞれのアレイ面が平行になるように配置されており、それぞれのアレイ状ガス導入管ユニットによる両面同時製膜が行える装置構成となっていることを特徴とする請求項5に記載のCat−PECVD法。A plurality of the arrayed gas introduction pipe units are present in one film forming chamber, and each unit is arranged so that each array surface is parallel. The Cat-PECVD method according to claim 5, wherein the apparatus has a device configuration capable of forming a film. 前記原料系ガス導入経路および/または前記非Si非C系ガス導入経路に、前記膜中にドーピングするためのガスを導入したことを特徴とする請求項1に記載のCat−PECVD法。2. The Cat-PECVD method according to claim 1, wherein a gas for doping the film is introduced into the source gas introduction path and / or the non-Si non-C gas introduction path. 3. 請求項1〜9のいずれかに記載のCat−PECVD法によって形成されたことを特徴とする膜。A film formed by the Cat-PECVD method according to claim 1. 前記膜は、前記原料系ガスには分子式にSiを含んだガスは含まれるが分子式にCを含んだガスは含まれず、前記非Si非C系ガスにはHが含まれることによって形成されたSi系膜であることを特徴とする請求項10に記載の膜。The film is formed by including a gas containing Si in the molecular formula but not a gas containing C in the molecular formula in the raw material gas, and containing H 2 in the non-Si non-C-based gas. The film according to claim 10, wherein the film is a Si-based film. 前記Si系膜は水素化アモルファスSi膜であり、該膜中の水素濃度は15atomic%以下であることを特徴とする請求項11に記載の膜。The film according to claim 11, wherein the Si-based film is a hydrogenated amorphous Si film, and a hydrogen concentration in the film is 15 atomic% or less. 前記Si系膜は結晶質Si膜であり、該膜中の水素濃度は10atomic%以下であることを特徴とする請求項11に記載の膜。The film according to claim 11, wherein the Si-based film is a crystalline Si film, and a hydrogen concentration in the film is 10 atomic% or less. 前記膜は、前記原料系ガスには分子式にSiを含むガスと分子式にCを含むガスが含まれ、前記非Si非C系ガスにはHが含まれることによって形成されたSi−C系膜であることを特徴とする請求項10に記載の膜。In the film, the source-based gas includes a gas including Si in a molecular formula and a gas including C in a molecular formula, and the non-Si non-C-based gas includes H 2 to form a Si—C-based gas. The film according to claim 10, which is a film. 前記膜は、前記原料系ガスには分子式にSiを含むガスが含まれ、前記非Si非C系ガスにはHが含まれ、原料系ガスあるいは非Si・非C系ガスの少なくともいずれかに分子式にNを含むガスが含まれることによって形成されたSi−N系膜であることを特徴とする請求項10に記載の膜。The membrane, wherein the raw material based gas includes a gas containing Si in the molecular formula, wherein the non-Si non-C-based gas include H 2, at least one of the raw material based gas or non-Si · non-C-based gas The film according to claim 10, wherein the film is a Si-N-based film formed by including a gas containing N in a molecular formula. 前記膜は、前記原料系ガスには分子式にSiを含むガスが含まれ、前記非Si非C系ガスには分子式にOを含むガスが含まれることによって形成されたSi−O系膜であることを特徴とする請求項10に記載の膜。The film is a Si-O-based film formed by including a gas including Si in a molecular formula in the source-based gas and including a gas including O in a molecular formula in the non-Si non-C-based gas. The film according to claim 10, wherein: 前記膜は、前記原料系ガスには分子式にSiを含むガスとGeを含むガスが含まれ、前記非Si非C系ガスにはHが含まれることによって形成されたSi−Ge系膜であることを特徴とする請求項10に記載の膜。The film is a Si-Ge based film formed by including a gas containing Si in a molecular formula and a gas containing Ge in the raw material gas, and containing H 2 in the non-Si non-C based gas. The membrane according to claim 10, wherein: 前記膜は、前記原料系ガスには分子式にCを含むガスが含まれ、前記非Si非C系ガスにはHが含まれることによって形成されたC系膜であることを特徴とする請求項10に記載の膜。The film is a C-based film formed by containing a gas containing C in a molecular formula in the raw material-based gas and containing H 2 in the non-Si non-C-based gas. Item 11. The film according to Item 10. 請求項10に記載の膜を備えたことを特徴とする薄膜デバイス。A thin-film device comprising the film according to claim 10. 前記薄膜デバイスが、光電変換装置、光受容体装置、表示用装置であることを特徴とする請求項19に記載の薄膜デバイス。20. The thin film device according to claim 19, wherein the thin film device is a photoelectric conversion device, a photoreceptor device, or a display device. 請求項1における基体は、平板状、円筒状、あるいはフィルム状であることを特徴とする請求項19に記載の薄膜デバイス。20. The thin film device according to claim 19, wherein the substrate according to claim 1 has a shape of a flat plate, a cylinder, or a film. 請求項1〜9のいずれかに記載のCat−PECVD法を実現する装置を少なくとも1室含む複数の処理室が接続されて成る膜処理システム。A film processing system comprising a plurality of processing chambers including at least one apparatus for realizing the Cat-PECVD method according to claim 1.
JP2002186861A 2002-06-26 2002-06-26 Cat-PECVD method and film processing system Expired - Fee Related JP3759076B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002186861A JP3759076B2 (en) 2002-06-26 2002-06-26 Cat-PECVD method and film processing system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002186861A JP3759076B2 (en) 2002-06-26 2002-06-26 Cat-PECVD method and film processing system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004031701A true JP2004031701A (en) 2004-01-29
JP3759076B2 JP3759076B2 (en) 2006-03-22

Family

ID=31182090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002186861A Expired - Fee Related JP3759076B2 (en) 2002-06-26 2002-06-26 Cat-PECVD method and film processing system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3759076B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007005705A (en) * 2005-06-27 2007-01-11 Tokyo Electron Ltd Processed gas supply structure and plasma processing apparatus
JP2008152940A (en) * 2006-12-14 2008-07-03 Toppan Printing Co Ltd Microwave plasma generating device and plasma assist vapor deposition device
WO2011087049A1 (en) * 2010-01-14 2011-07-21 東京エレクトロン株式会社 Substrate processing apparatus
CN114438478A (en) * 2022-01-27 2022-05-06 深圳市技高美纳米科技有限公司 Preparation method of silicon-based nano coating, silicon-based nano coating and printed circuit board assembly

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007005705A (en) * 2005-06-27 2007-01-11 Tokyo Electron Ltd Processed gas supply structure and plasma processing apparatus
JP4597792B2 (en) * 2005-06-27 2010-12-15 東京エレクトロン株式会社 Process gas supply structure and plasma processing apparatus
JP2008152940A (en) * 2006-12-14 2008-07-03 Toppan Printing Co Ltd Microwave plasma generating device and plasma assist vapor deposition device
WO2011087049A1 (en) * 2010-01-14 2011-07-21 東京エレクトロン株式会社 Substrate processing apparatus
JP2011146543A (en) * 2010-01-14 2011-07-28 Tokyo Electron Ltd Substrate processing apparatus
CN114438478A (en) * 2022-01-27 2022-05-06 深圳市技高美纳米科技有限公司 Preparation method of silicon-based nano coating, silicon-based nano coating and printed circuit board assembly
CN114438478B (en) * 2022-01-27 2024-04-26 深圳市技高美纳米科技有限公司 Preparation method of silicon-based nano coating, silicon-based nano coating and printed circuit board assembly

Also Published As

Publication number Publication date
JP3759076B2 (en) 2006-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3872363B2 (en) Cat-PECVD method
JP4433131B2 (en) Method for forming silicon-based thin film
US20100144122A1 (en) Hybrid chemical vapor deposition process combining hot-wire cvd and plasma-enhanced cvd
JP5101029B2 (en) Photoelectric conversion element manufacturing apparatus and photoelectric conversion element manufacturing method
JP3872357B2 (en) Cathode type PECVD apparatus with built-in thermal catalyst, cathode type PECVD method with built-in thermal catalyst, and CVD apparatus using the same
WO2009082517A1 (en) Plasma enhanced chemical vapor deposition of barrier coatings
KR20090031492A (en) Methods and apparatus for depositing a microcrystalline silicon film for photovoltaic device
WO2010058560A1 (en) Plasma processing apparatus
JP2007266094A (en) Plasma cvd device and method for forming semiconductor thin-film by same
JP4273382B2 (en) Plasma processing apparatus and thin film forming method
JP3759076B2 (en) Cat-PECVD method and film processing system
JP3894862B2 (en) Cat-PECVD method
JP3805279B2 (en) Cat-PECVD apparatus and film processing system having the same
JP2000252218A (en) Plasma cvd system and fabrication of silicon thin film photoelectric converter
JP3759075B2 (en) Cat-PECVD method, film formed using the same, thin film device including the film, and film processing system
WO2011024995A1 (en) Apparatus for forming deposited film and method for forming deposited film
JP3759071B2 (en) Cat-PECVD method
JP4129202B2 (en) Cat-PECVD method
JP3759072B2 (en) Cat-PECVD method
JP3759077B2 (en) Cat-PECVD method and film processing system
JP4084635B2 (en) Cat-PECVD apparatus and film processing system using the same
JP2003347220A (en) Cat-PECVD METHOD, FILM FORMED BY THE SAME AND THIN FILM DEVICE HAVING THE FILM
JP2003124133A (en) Gas-separated catalyst cvd system, photoelectric conversion device manufactured by using the system, and method of manufacturing the device
JP2003347221A (en) Cat-PECVD METHOD, FILM FORMED BY THE SAME AND THIN FILM DEVICE HAVING THE FILM
JP3862615B2 (en) Silicon-based thin film forming apparatus and silicon-based thin film forming method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041115

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050927

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20051004

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051128

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20051220

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20051227

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100113

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110113

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110113

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120113

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120113

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130113

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140113

Year of fee payment: 8

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees