JP2004149857A - Cat-PECVD DEVICE, AND FILM TREATMENT SYSTEM USING THE SAME - Google Patents

Cat-PECVD DEVICE, AND FILM TREATMENT SYSTEM USING THE SAME Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To remarkably reduce device cost by the simplification of maintenance operation for the device, the reduction of the time therefor, and the realization of the continuous operation of depositing different kinds of electrically conductive films in the same film deposition chamber. <P>SOLUTION: In the Cat-PECVD (Catalytic Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) device, separately from a heat catalytic body arranged at a non-Si non-C based gas introduction passage, a second heat catalytic body is arranged at the film deposition space; a gas for cleaning comprising at least any selected from gaseous hydrogen, a gas comprising fluorine (F) in molecular formula and a gas comprising chlorine (C) in molecular formula is introduced at least through the non-Si non-C based gas introduction passage into the film deposition space and is heated and activated by the first heat catalytic body and the second heat catalytic body; and depositions deposited inside the film deposition chamber composing the film deposition space are removed by etching with the activated gas. <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・加熱・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、新しいCVD法であるCat−PECVD装置およびそれを用いた膜処理システムに関する。
【0002】
【従来技術およびその課題】
真空装置を用いた薄膜製膜においては、通常、所望の基体だけに薄膜製膜を限定することは困難であり、不可避的に所望の基体以外の製膜室内にも膜や粉体等が付着する。これらの付着物は、所望の基体上への製膜に対して、不純物混入源や、異物混入源、など様々な意味での汚染源として働くために、薄膜製膜装置においては、前記付着物の定期的な除去(クリーニング)が不可欠となっている。
【0003】
通常行われているクリーニング方法は、装置を大気開放して、製膜室内壁及び内部構成部品を、拭き取りや削り取りなどのメカニカル手段やエッチング液などの薬液手段を用いてクリーニングするというものである。しかしこの方法は、装置を大気開放するためにクリーニング後の真空引きに非常な時間を要し、またクリーニング自体の手間も非常にかかるため、装置の生産性を著しく落としてしまう問題がある。特に薄膜Si系太陽電池のように、非常に生産量の大きい製品、従って薄膜製膜を短時間に大量に行う場合の薄膜製膜装置では、該法は生産性の致命的な低下、つまり大幅なコストアップをもたらしてしまう。
【0004】
これに対して、装置を大気開放することなく、クリーニングガスを流すことによって装置内部のクリーニングを真空状態を維持したまま簡便・短時間に行う方法(in−situクリーニング)が知られている。代表的な手法は、クリーニングガスにフッ素(F)や塩素(Cl)を含んだガスをプラズマによって分解・活性化して、該活性化したガスを前記付着物に反応させて、気化・排気除去する、というものである。しかし、通常、プラズマは装置内全域に生成することはできず、プラズマ生成領域は装置内の一部に限定されてしまうので、前記付着物の除去は不充分となる問題点がある。
【0005】
これに対して、ClF等の反応性に富むガスを用いて、製膜室内を所定の温度にまで上昇させて、前記反応性ガスと付着物とを反応・気化させて排気除去する、というin−situクリーニング法も知られている。これは製膜室内全域の温度を所定の温度に上げることさえできれば、前記プラズマを用いた手法の欠点を補いうるものではあるが、通常、製膜室内の温度を200℃程度とする必要があるため、装置にかなりの熱的負荷がかかる問題や、クリーニングするまでの昇温過程、クリーニング後の降温過程に相当な時間を要するなどの問題があった(特許文献1を参照)。
【0006】
以上に対して、熱触媒体を用いたin−situクリーニング法が提案されている(特許文献1および特許文献2を参照)。本法は、金属からなる熱触媒体(発熱体)によってクリーニングガスを加熱・活性化させて、該活性化したガスと前記付着物とを反応・気化させて排気除去する、というものである。図11に本法を実現する装置の概略図を挙げる。600はクリーニングガスを噴出させるためのシャワーヘッド、601はクリーニングガスの導入口、602はクリーニングガスの噴出口、603はクリーニングガスが活性化されている活性ガス空間、604はクリーニングガスを加熱・活性化させるための熱触媒体、605は熱触媒体を加熱させるための加熱用電源、608はガスを排気するための真空ポンプである。なお本法の構成要件ではないが、図11中には、本装置を製膜装置として用いる場合の構成要件である基体(606)と基体加熱ヒーター(607)も示してある。
【0007】
ところで、本発明者らは、かねてからPECVD法とCat−CVD法とを融合させた新型CVD法の検討を進めており、既に、特許文献3〜6等において、Cat−PECVD法と命名した手法を開示してきた。図5に平行平板電極型のCat−PECVD法を実現する装置の概略図を、図6〜図10にはアンテナ電極型のCat−PECVD法を実現する装置の概略図を示す。
【0008】
ここで、図5中の、700はシャワーヘッド、701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導入口、702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。
【0009】
また、図6は、アンテナ電極型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アンテナ電極位置における断面図である。図7は管状のアンテナ電極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アンテナ電極ユニットは一部のみ示してある。またアンテナ電極の端部構造の詳細は省略してある:詳細は図6や図8を参照)。図8は、熱触媒体を内蔵したアンテナ電極の詳細構造を示す断面図である。図9は、熱触媒体を内蔵したアンテナ電極の立体構造を示す斜視図である。図10は、2重管構造を有し熱触媒体を内蔵したアンテナ電極の断面図である。
【0010】
これら図6〜図10中の、101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、102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、103は熱触媒体、104は熱触媒体103の加熱用電源、105は活性ガス空間、106aは熱触媒体を内蔵したアンテナ電極、106bは熱触媒体を内蔵しないアンテナ電極、107aおよび107bは高周波電源、108aおよび108cは位相変換器、108bおよび108dは電力分配器、109は被製膜用の基体、110は基体加熱用のヒーター、111aは熱触媒体内蔵アンテナ電極106aに設けられたガス噴出口(熱触媒体非内蔵アンテナ電極にも同じくガス噴出口が設けられているが説明は省略する)、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、アンテナ電極内部に設けられた中空部、201はガス排出口である。なお、ガス排出口は真空ポンプに接続されているが、図示は省略する。
【0011】
以下、該Cat−PECVD法を図5に示した平行平板電極型のCat−PECVD装置をもとに説明するが、同様の原理説明は、図6〜図10に示したアンテナ電極型のCat−PECVD装置においてもあてはまることは言うまでもない。
【0012】
Cat−PECVD法は、例えば、原料系ガスとしてSiHを、非Si非C系ガスとしてHを用い、それぞれを製膜室に異なったガス導入経路にて分離導入し、H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、SiHとはプラズマ空間707中で混合されることによってSi系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膜を得ることができ、また同じく高速製膜条件化であっても光劣化の程度が少ない低水素濃度の高品質水素化アモルファスシリコン膜を得ることができるものである。これは、この方法では熱触媒体を用いることでHの加熱・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による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。
【0013】
なお、平行平板型電極に対するアンテナ電極型の利点は、VHFプラズマを用いても大面積均一製膜を実現しやすい点にある。
【0014】
さて、前記特許文献1および特許文献2に開示された熱触媒体を用いたin−situクリーニング法であるが、本法は本発明者らが開発した前記Cat−PECVD法に適用するには大きな問題点があることが判明した。
【0015】
すなわち、Cat−PECVD法においては、分離導入されるガスのうち非Si非C系ガスの導入経路中には熱触媒体が配設されており、理想的には該ガス導入経路にはSiやCを含む膜や粉体等の付着物は生成されないはずである。しかし実際には、例えば、前記したようにSiHを原料ガスに用いる場合、製膜空間に投入された該SiHや、該SiHを母ガスとしてプラズマ空間の諸反応で生じたSiを含むガス分子が、僅かに前記非Si非C系ガス導入経路に拡散進入して該ガス導入経路に配設された熱触媒体によって加熱・活性化されることで、該ガス導入管中で前記付着物の生成がある程度は生じてしまう場合があるのであるが、前記した熱触媒体を用いたin−situクリーニング法では、熱触媒体がシャワーヘッド(従ってガス導入経路)の下流である製膜空間にしか配設されていないために、前記した非Si非C系ガス導入経路中で生成する付着物を容易には除去できないのである。
【0016】
さらに、このことは、当該製膜室を異導電型の膜を連続して製膜するような使い方を容易には許さないことを示していることは明白である。すなわち、目的の膜を製膜する前にそれまでの製膜履歴によって既に製膜室内面やガス導入経路内面に生成している付着物の有する導電型決定元素(ドーピング元素)が、目的とする膜の導電型の決定およびそのドーピングの程度、つまり膜品質に影響するからである。
【0017】
以上に対して、本発明者らは特許文献7において前記ガス導入経路に生成した付着物を除去するための方法を開示した。すなわち、クリーニングガスとしてHを用い、該ガスを熱触媒体で加熱・活性化することで前記ガス導入経路内の付着物を除去するものである。このとき、製膜空間側の製膜室内壁のクリーニングについては、前記熱触媒体で活性化されたガスが、前記製膜空間において、さらにプラズマで追加活性されるので、通常のプラズマ単体での場合よりもクリーニングは促進される効果があった。
【0018】
しかしながら前記特許文献7においては、製膜空間側に存在するガスの活性化手段はプラズマに限定されていた。そのため、既に前記したプラズマを用いる場合の問題点(プラズマ生成位置が所定の位置に限定されるために、製膜空間全域に及ぶクリーニングが困難であること)は依然として解決できない状況に留まっていた。
【0019】
本発明は、このような背景のもとになされたものであり、優れて有効なガスクリーニング法を実現するCat−PECVD装置およびそれを実現する膜処理システムを提供することを目的とする。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系薄膜の製膜において、装置メンテ作業の簡便化及び時間短縮、及び同一製膜室で異種導電型膜の製膜を連続して行えるようにすることで装置コストを大幅に低減させることを目的とする。
【0020】
【特許文献1】
特開2001−49436公報
【特許文献2】
特開2001−49437公報
【特許文献3】
特願2000−130858号
【特許文献4】
特願2001−293031号
【特許文献5】
特願2002−67445号
【特許文献6】
特願2002−155537号
【特許文献7】
特願2002−007147号
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明のCat−PECVD装置は、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第1の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プラズマ生成電極を兼ねるシャワーヘッド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、該製膜空間に噴出されて混合したガスは、高周波電源に接続された前記シャワーヘッド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シャワーヘッドに対向して配置された基体に膜が堆積されるように成したCat−PECVD装置であって、前記非Si非C系ガス導入経路に配設された熱触媒体とは別の第2の熱触媒体が前記製膜空間に配設されており、水素ガス、分子式にフッ素(F)を含んだガス、あるいは分子式に塩素(Cl)を含んだガスのうち、少なくともいずれかを含んだクリーニング用ガスが、少なくとも前記非Si非C系ガス導入経路を通して前記製膜空間に導入され、前記第1の熱触媒体及び第2の熱触媒体によって加熱・活性化され、該加熱・活性化されたガスによって前記製膜空間を構成する製膜室内に堆積した付着物をエッチング除去するクリーニング機構を備えたことを特徴とする。
【0022】
また、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第1の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アンテナ電極の中空部を通って該アンテナ電極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、該製膜空間に噴出されて混合したガスは、高周波電源に接続された前記アンテナ電極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アンテナ電極に対向して配置された基体に膜が堆積されるように成したCat−PECVD装置であって、前記非Si非C系ガス導入経路に配設された熱触媒体とは別の第2の熱触媒体が前記製膜空間に配設されており、水素ガス、分子式にフッ素(F)を含んだガス、あるいは分子式に塩素(Cl)を含んだガスのうち、少なくともいずれかを含んだクリーニング用ガスが、少なくとも前記非Si非C系ガス導入経路を通して前記製膜空間に導入され、前記第1の熱触媒体及び第2の熱触媒体によって加熱・活性化され、該加熱・活性化されたガスによって前記製膜空間を構成する製膜室内に堆積した付着物をエッチング除去するクリーニング機構を備えたことを特徴とする。
【0023】
また、上記の各Cat−PECVD装置において、前記分子式にフッ素(F)を含んだガス、あるいは分子式に塩素(Cl)を含んだガスは、SF、NF、CF、C、C、CCl、CClF、ClF、CClF、のうち、少なくともいずれかを含むことを特徴とする。
【0024】
また、本発明の膜処理システムは、上記のCat−PECVD装置から成る製膜室を少なくとも一室含む複数の真空室からなる膜処理システムであって、前記製膜室は、Si系膜またはC系膜をp型化できるドーピングガス、あるいはn型化できるドーピングガスのうち、少なくとも一方を導入できる構造を有していることを特徴とする。
【0025】
また、上記膜処理システムであって、p型膜、実質的にi型膜、およびn型膜のうち、少なくとも導電型の異なる2種以上の膜を積層したSi系膜またはC系膜を製膜するにあたって、少なくともi型膜を製膜する直前には、クリーニングガスによって製膜室内をクリーニングすることを特徴とする。
【0026】
さらに、この膜処理システムは、真空弁によって隔離され基体を格納できる待避室が隣接して設けられていることを特徴とする
【0027】
【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。
【0028】
図1は、平行平板電極型のCat−PECVD法を実現する装置の一例を示す全体図である。ここで、705aは非Si非C系ガス導入経路に配設された第1の熱触媒体、705bは製膜空間に配設された第2の熱触媒体、706aは第1の熱触媒体用の加熱用電源、706bは第2の熱触媒体用の加熱用電源であり、それ以外の番号は図5のそれと同一にとってある。
【0029】
また、図2は、アンテナ電極型の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アンテナ電極位置における断面図である。図3は、アレイ状アンテナ電極をその中心軸方向から見た断面図である。
【0030】
これら図中の、103aは非Si非C系ガス導入経路に配設された第1の熱触媒体、103bは製膜空間に配設された第2の熱触媒体、104aは第1の熱触媒体用の加熱用電源、104bは第2の熱触媒体用の加熱用電源、109a及び109bは基体、111bは熱触媒体非内蔵アンテナ電極106bに設けられたガス噴出口であり、それ以外の番号は、図6のそれと同一にとってある。
【0031】
なお、以下では主に図1に示された平行平板型Cat−PECVD装置を例にとって説明していくが、同様の説明は図2及び図3に示されたアンテナ電極型Cat−PECVD装置にも適用できるので、特に個別の説明を必要とする部分以外は説明を省略する。
【0032】
さて、図1に示されたCat−PECVD装置を用いて、例えば、原料系ガスとしてSiHを、また非Si非C系ガスとしてHを用いて、Si系膜を基体に製膜した場合を例にとって以下説明する。
【0033】
Si系膜を基体に製膜すると、不可避的に基体以外の製膜室内にSi系の膜や粉体などが付着する。また、Cat−PECVD法においては、製膜モードでは第1の熱触媒体705aを加熱状態とするので、製膜条件によっては、既に従来技術およびその課題の欄で述べたように、非Si非C系ガス導入経路の熱触媒体近傍にも前記付着物が生成することがある。
【0034】
これら付着物は前記基体上に製膜されるSi系膜の品質に大きな影響を及ぼす。すなわち、付着物である膜の剥離によって生じたゴミや、粉体の脱離や、付着物が活性ガスと反応して生じる高次シラン系ガスなどが前記Si系膜に取り込まれることによって膜品質は低下する。
【0035】
そこで、これら付着物を、少なくとも1回以上の製膜モードを経た後に、ガスクリーニングモードに以降して除去し、付着物の存在が基体上に製膜される所望の膜の品質に悪影響を及ぼす程度を低減する。ガスクリーニング用のクリーニングガスは、少なくとも非Si非C系ガス導入経路から導入し、第1の熱触媒体705aおよび第2の熱触媒体705bで加熱・活性化させる。該活性化されたクリーニングガスは、非Si非C系ガス導入経路上の付着物および製膜空間内の付着物と反応して、付着物は気化・排気されクリーニングが進行する。
【0036】
ここで、クリーニングガスとしては、水素(H)、分子式にフッ素(F)を含んだガス、あるいは分子式に塩素(Cl)を含んだガスのうち、少なくともいずれかを含んだガスを用いることができる。分子式にフッ素を含んだガス、および分子式に塩素を含んだガスとしては、SF、NF、CF、C、C、CCl、CClF、ClF、CClF、などを用いることができる。
【0037】
ここで、熱触媒体705a及び705b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、熱触媒体の形状としては、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705a及び705b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。
【0038】
なお、熱触媒体705a及び705bの加熱用電源706a及び706b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。
【0039】
また、熱触媒体の温度は、用いるクリーニングガス種によって異なる。例えばHのように熱触媒体をエッチングすることはないクリーニングガスにおいては、1000℃以上とする。圧力にもよるがHの原子状水素Hへの分解反応はおよそ1000℃程度以上から顕著になってき、その分解の程度に応じてクリーニング効果も増大するからである。一方、Fを含んだガスやClを含んだガスをクリーニングガスに用いる場合には、熱触媒体の温度が充分に高くない場合、熱触媒体自体がこれらクリーニングガスとの反応によってエッチング消耗されてしまう場合がある。この場合は、熱触媒体の温度を、熱触媒体材料とこれらクリーニングガスとの反応が進行する前にこれらクリーニングガスあるいはその分解成分が熱触媒体表面から熱脱離するような温度にまで高めてやればよい。なお、熱触媒体の温度は、熱触媒体材料の蒸発が問題にならない程度以下にしなければならない。この最高使用温度は熱触媒体の材料によって異なるが、その材料の融点温度よりも500〜1000℃程度低い温度をおよその目安とすることができる。
【0040】
ここで、製膜空間に配設された第2の熱触媒体705bは、装置を製膜モード(このとき第2の熱触媒体は加熱されていない)で使用している間は、ガスクリーニングモード時の製膜空間での配設位置とは異なる位置に配設できるようにしておくことが望ましい。これは、製膜モードにおいては該第2の熱触媒体がこれまでに述べた付着物の被付着対象物となり、これまでに述べてきた問題を惹起するからである。具体的には、図1において、第2の熱触媒体705bを、装置が製膜モードに入る前に、予め下方向に移動させてヒーター部品に設けられた溝(不図示)などに埋め込まれるように待避させておく。こうしておけば、製膜は第2の熱触媒体705bがあたかも存在しない場合と同様の条件で実現することができ、前記問題を回避できる。なお、第2の熱触媒体の待避方法は上記方法に限るものではなく、例えば水平方向に待避させてもよいのは言うまでもない。
【0041】
なお、図2と図3には、アンテナ電極型Cat−PECVD法においての第2の熱触媒体103bの配設方法の一例を示してあるが、この場合も製膜モードにおいては図示したガスクリーニングモードでの配設位置とは異なる位置に配設できるようにしておくことが上記と同等の理由から望ましい。
<異種導電型の半導体膜を同じ製膜室で製膜できる膜処理システムとプロセス>図12には、i型の水素化アモルファスシリコン膜を光活性層に用いたp−i−n型セル(トップセル)と、i型の微結晶シリコン膜を光活性層に用いたp−i−n型セル(ボトムセル)とを積層したタンデム型薄膜Si太陽電池を製造するための従来装置の一例を示してある。ここではi型の水素化アモルファスシリコン膜形成とi型の微結晶シリコン膜の形成にCat−PECVD法を利用する例を示してあるが、もちろん、他の膜(p型膜、n型膜)の形成にもCat−PECVD法を用いても構わない。
【0042】
ここで、本発明のガスクリーニング法を適用した場合の装置構成の一例を図4に示す。ここでは、前記p−i−n型トップセルを1つの製膜室で、同じく前記p−i−n型ボトムセルを1つの製膜室で実現する場合の例を示してある。それぞれの製膜室にはp型膜及びn型膜も形成できるように、B2H6に代表されるp型ドーピングガス及びPH3に代表されるn型ドーピングガスを導入できるようにしてある。このように、従来は図12に示したように、p型膜、i型膜、n型膜をそれぞれ独立した製膜室で形成していたのに対して、本発明のガスクリーニング法によれば、ガスクリーニングによってそれまでに堆積した製膜室内の付着物を除去できるので(すなわちそれまでの製膜履歴を消去できるので)、同一製膜室であっても異種導電型の膜を連続製膜できるのである。
【0043】
また、ガスクリーニングは、少なくともi型膜を形成する場合には、その製膜直前に実施する。これはi型膜の品質が太陽電池の特性を決定づけるからである。一方、p型膜及びn型膜形成の場合には、その製膜直前に、ガスクリーニングを必ずしも実施する必要はない。これは、通常、太陽電池用のp型膜及びn型膜のドーピング濃度は、製膜室のそれまでの製膜履歴に影響される程低いものではなく、充分高い場合がほとんどだからである。しかしできうれば実施するのが望ましいことは言うまでもない。
【0044】
なお、ガスクリーニング法による異種導電型膜の連続形成自体は従来から知られていた技術であるが、Cat−PECVD法を用いた製膜法を用いる場合においては、本発明のガスクリーニング法(製膜室内だけではなく、非Si非C系ガス導入経路もガスクリーニングする方法)が必須であるのは明らかである。
【0045】
また、図4には、製膜室をガスクリーニングするときに、基体を一時待避させておく待避室も示してある。これによってガスクリーニングの影響が基体に及ぶことを避けることができる。
【0046】
また、上記では1つの製膜室で、p型、i型、n型の3種の膜を製膜する場合について述べたが、もちろん、これらのうちの2種の膜、あるいは1種の膜を製膜する場合にも本法は適用可能であることは言うまでもない。
【0047】
【発明の効果】
以上、本発明のCat−PECVD装置およびそれを用いた膜処理システムによれば、優れて有効なガスクリーニング法及びそれを実現する装置構成を提供することができるので、装置メンテ作業の簡便化及び大幅な時間短縮を実現することができる。
【0048】
また、同一製膜室で異種導電型膜の製膜を連続して行えるようになるため装置コストも大幅に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るガスクリーニング法を実現する装置の一例を模式的に説明する断面図である。
【図2】本発明に係るガスクリーニング法を実現する装置の一例を模式的に説明する断面図である。
【図3】本発明に係るガスクリーニング法を実現する装置構成の一例を模式的に説明する図であり、アンテナ電極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法を実現する膜処理システムの一例を説明する図である。
【図5】従来のCat−PECVD装置の一例を模式的に説明する図である。
【図6】従来のCat−PECVD装置の一例を模式的に説明する図である。
【図7】従来のCat−PECVD装置の構成の一例を模式的に説明する図である。
【図8】従来のCat−PECVD装置の部品の一例を模式的に説明する断面図である。
【図9】従来のCat−PECVD装置の部品の一例を模式的に説明する斜視図である。
【図10】従来のCat−PECVD装置の部品の一例を模式的に説明する断面図である。
【図11】従来のガスクリーニング方法を実現する装置の一例を模式的に説明する断面図である。
【図12】従来の膜処理システムの一例を説明する模式図である。
【符号の説明】
103a:非Si非C系ガス導入経路に配設された第1の熱触媒体
101: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
102: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103:熱触媒体
103b:製膜空間に配設された第2の熱触媒体
104:熱触媒体103の加熱用電源
104a:第1の熱触媒体用の加熱用電源
104b:第2の熱触媒体用の加熱用電源
105:活性ガス空間
106a:熱触媒体を内蔵したアンテナ電極
106b:熱触媒体を内蔵しないアンテナ電極
107a、107b:高周波電源
108a、108c:位相変換器
108b、108d:電力分配器
109:被製膜用の基体
109a、109b:基体
110:基体加熱用のヒーター
111b:熱触媒体非内蔵アンテナ電極
111a:熱触媒体内蔵アンテナ電極106aに設けられたガス噴出口
112:電気絶縁用の絶縁部材
113:製膜空間を構成するチャンバー(製膜室)
114a、114b:アンテナ電極内部に設けられた中空部
201:ガス排出口
700:シャワーヘッド
701: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導入口
702:分子式にSiとCを含まないガスからなる非Si非C系ガス導入口
703:原料系ガス導入経路
704:非Si非C系ガス導入経路
705:熱触媒体
705a:非Si非C系ガス導入経路に配設された第1の熱触媒体
705b:製膜空間に配設された第2の熱触媒体
706:加熱用電源
706a:第1の熱触媒体用の加熱用電源
706b:第2の熱触媒体用の加熱用電源
707:プラズマ空間
708:プラズマ生成用電極
709:高周波電源
710:原料系ガス噴出口
711:非Si・非C系ガス噴出口
712:被製膜用の基体
713:基体加熱用ヒーター
714:ガス排気用真空ポンプ
715:輻射遮断部材
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) method, which is a CVD (Chemical Vapor Deposition) method using plasma as a means for decomposing and activating a film forming gas, and a method for decomposing and heating a film forming gas. A new CVD that combines a Cat-CVD (Catalytical Chemical Vapor Deposition) method (HW-CVD (Hot-wire CVD) method which is the same principle) as a CVD method using a thermal catalyst as an activating means. And a film processing system using the same.
[0002]
[Prior art and its problems]
In thin film deposition using a vacuum apparatus, it is usually difficult to limit the thin film deposition to only the desired substrate, and the film or powder adheres to the deposition chamber other than the desired substrate inevitably. I do. These deposits act as contamination sources in various ways, such as a source of impurities and a source of foreign substances, with respect to film formation on a desired substrate. Periodic removal (cleaning) is essential.
[0003]
In the cleaning method usually performed, the apparatus is opened to the atmosphere, and the inner wall and internal components of the film forming chamber are cleaned using a mechanical means such as wiping or scraping or a chemical solution such as an etching solution. However, this method requires a very long time for evacuation after cleaning in order to release the apparatus to the atmosphere, and requires much time and labor for cleaning itself, which causes a problem that the productivity of the apparatus is significantly reduced. In particular, in the case of a product having a very large production amount, such as a thin film Si-based solar cell, and therefore a thin film forming apparatus in which thin film formation is performed in a large amount in a short time, the method has a fatal decrease in productivity, that is, a drastic decrease in productivity. Cost increase.
[0004]
On the other hand, there is known a method (in-situ cleaning) in which cleaning of the inside of the apparatus is performed simply and in a short time while maintaining a vacuum state by flowing a cleaning gas without opening the apparatus to the atmosphere. A typical method is to decompose and activate a gas containing fluorine (F) or chlorine (Cl) as a cleaning gas by plasma, and to react the activated gas with the deposit to vaporize and exhaust. That is. However, usually, plasma cannot be generated in the entire region of the apparatus, and the plasma generation region is limited to a part of the apparatus. Therefore, there is a problem that the removal of the deposit is insufficient.
[0005]
In contrast, ClF 3 Also known is an in-situ cleaning method of raising the temperature of a film forming chamber to a predetermined temperature using a highly reactive gas such as the above, and reacting and vaporizing the reactive gas and attached matter to remove the exhaust gas. Have been. This compensates for the drawbacks of the method using plasma as long as the temperature of the entire region of the film forming chamber can be raised to a predetermined temperature, but usually the temperature in the film forming chamber needs to be about 200 ° C. Therefore, there is a problem that a considerable thermal load is applied to the apparatus, and a considerable time is required for a temperature rising process before cleaning and a temperature decreasing process after cleaning (see Patent Document 1).
[0006]
In view of the above, an in-situ cleaning method using a thermal catalyst has been proposed (see Patent Literature 1 and Patent Literature 2). In this method, the cleaning gas is heated and activated by a thermal catalyst (heating element) made of a metal, and the activated gas and the deposit are reacted and vaporized to remove the exhaust gas. FIG. 11 shows a schematic diagram of an apparatus for realizing the present method. Reference numeral 600 denotes a shower head for ejecting a cleaning gas, 601 denotes a cleaning gas inlet, 602 denotes a cleaning gas outlet, 603 denotes an active gas space in which the cleaning gas is activated, and 604 denotes heating and activation of the cleaning gas. 605 is a heating power supply for heating the thermal catalyst, and 608 is a vacuum pump for exhausting gas. Although not a component of the present method, FIG. 11 also shows a substrate (606) and a substrate heater (607), which are components when the present apparatus is used as a film forming apparatus.
[0007]
By the way, the present inventors have been studying a new CVD method in which the PECVD method and the Cat-CVD method are integrated, and have already referred to a method named Cat-PECVD method in Patent Documents 3 to 6 and the like. Has been disclosed. FIG. 5 is a schematic view of an apparatus for realizing a parallel plate electrode type Cat-PECVD method, and FIGS. 6 to 10 are schematic views of an apparatus for realizing an antenna electrode type Cat-PECVD method.
[0008]
Here, in FIG. 5, 700 is a showerhead, 701 is a raw material gas inlet containing a gas containing Si and / or C in a molecular formula, and 702 is a non-Si non-gas made of a gas not containing Si and C in a molecular formula. C-based gas introduction port, 703 is a raw material gas introduction path, 704 is a non-Si non-C-based gas introduction path, 705 is a thermal catalyst, 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, 712 is a substrate for film formation, 713 is a heater for heating the substrate, 714 is a vacuum pump for gas exhaust, and 715 is a gas pump. It is a radiation blocking member.
[0009]
FIG. 6 is an overall view showing an example of an apparatus for realizing the antenna electrode type Cat-PECVD method. In the case where the film-forming surface of the flat substrate is oriented in the direction perpendicular to the paper, the thermal catalyst is built in. FIG. 5 is a cross-sectional view at the position of the antenna electrode. FIG. 7 shows an example in which tubular antenna electrodes are arranged in an array, and is a cross-sectional view in the case where the film-forming surface of the substrate is oriented in a direction parallel to the paper surface. Only a part of the antenna electrode unit is shown, and details of the end structure of the antenna electrode are omitted: refer to FIGS. FIG. 8 is a sectional view showing a detailed structure of an antenna electrode having a built-in thermal catalyst. FIG. 9 is a perspective view showing a three-dimensional structure of an antenna electrode incorporating a thermal catalyst. FIG. 10 is a cross-sectional view of an antenna electrode having a double tube structure and incorporating a thermal catalyst.
[0010]
6 to 10, reference numeral 101 denotes an inlet for a non-Si non-C-based gas composed of a gas not containing Si and C in a molecular formula, and 102 denotes a raw material gas containing a gas containing Si and / or C in a molecular formula. , 103 is a thermal catalyst, 104 is a power supply for heating the thermal catalyst 103, 105 is an active gas space, 106a is an antenna electrode containing a thermal catalyst, 106b is an antenna electrode not containing a thermal catalyst, 107a And 107b are high-frequency power supplies, 108a and 108c are phase converters, 108b and 108d are power distributors, 109 is a base for film formation, 110 is a heater for heating the base, and 111a is provided on the antenna electrode 106a with a built-in thermal catalyst. Gas outlet (the same gas outlet is provided on the antenna electrode without a built-in thermal catalyst, but the description is omitted). Wood, 113 chambers constituting the film space (film deposition chamber), 114a and 114b, the hollow portion provided in the antenna electrode, 201 is a gas discharge port. The gas outlet is connected to a vacuum pump, but is not shown.
[0011]
Hereinafter, the Cat-PECVD method will be described based on a parallel plate electrode type Cat-PECVD apparatus shown in FIG. 5, but the same principle will be described with reference to an antenna electrode type Cat-PECVD apparatus shown in FIGS. Needless to say, the same applies to a PECVD apparatus.
[0012]
The Cat-PECVD method uses, for example, SiH 4 With H as a non-Si non-C-based gas 2 , Each of which is separated and introduced into the film forming chamber through a different gas introduction path. 2 Is heated and activated by the thermal catalyst 705 installed in the gas introduction path, 4 Is to form a Si-based film by being mixed in the plasma space 707, and a high-quality crystalline Si film having high crystallinity can be easily obtained even under high-speed film forming conditions. Also, a high-quality hydrogenated amorphous silicon film having a low hydrogen concentration and a small degree of light degradation can be obtained even under high-speed film formation conditions. This is because the use of a thermal catalyst in this method 2 The amount of heating 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 of the thermal catalyst 705 suppresses the higher order 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).
[0013]
The advantage of the antenna electrode type over the parallel plate type electrode is that a large-area uniform film can be easily formed even by using VHF plasma.
[0014]
Now, the in-situ cleaning method using a thermal catalyst disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above is too large to be applied to the Cat-PECVD method developed by the present inventors. It turned out that there was a problem.
[0015]
That is, in the Cat-PECVD method, a thermal catalyst is provided in the introduction path of the non-Si non-C-based gas among the separated and introduced gases, and ideally, Si or Deposits such as films and powders containing C should not be generated. However, in practice, for example, as described above, SiH 4 When using as the source gas, the SiH 4 Or the SiH 4 Gas molecules containing Si generated by various reactions in the plasma space using as a base gas slightly diffuse into and enter the non-Si non-C-based gas introduction path, and are heated / heated by the thermal catalyst disposed in the gas introduction path. By the activation, the generation of the deposits may occur to some extent in the gas introduction pipe. However, in the in-situ cleaning method using the thermal catalyst, the thermal catalyst is Since it is arranged only in the film-forming space downstream of the shower head (accordingly, the gas introduction path), the deposits generated in the non-Si non-C-based gas introduction path cannot be easily removed.
[0016]
Further, it is apparent that this does not easily allow the film forming chamber to be used in such a manner that a film of a different conductivity type is continuously formed. That is, before forming the target film, the conductivity type determining element (doping element) of the deposit already generated on the inner surface of the film forming chamber or the inner surface of the gas introduction path according to the film forming history up to that time is the target. This is because the determination of the conductivity type of the film and the degree of doping thereof, that is, the film quality are affected.
[0017]
In view of the above, the present inventors have disclosed a method for removing deposits generated in the gas introduction path in Patent Document 7. That is, H is used as the cleaning gas. 2 Then, the gas is heated and activated by a thermal catalyst to remove deposits in the gas introduction path. At this time, regarding the cleaning of the inner wall of the film forming chamber on the film forming space side, the gas activated by the thermal catalyst is further activated by plasma in the film forming space. Cleaning was more effective than in the case.
[0018]
However, in Patent Document 7, the means for activating the gas existing on the film forming space side is limited to plasma. For this reason, the above-described problem in the case of using the plasma (the difficulty in cleaning the entire film forming space because the plasma generation position is limited to a predetermined position) has not been solved yet.
[0019]
The present invention has been made under such a background, and an object of the present invention is to provide a Cat-PECVD apparatus that realizes an excellent and effective gas cleaning method and a film processing system that realizes the Cat-PECVD apparatus. In particular, in the formation of a Si-based thin film in a photoelectric conversion device represented by a thin-film Si-based solar cell, etc., simplification and time reduction of device maintenance work, and continuous formation of different conductivity type films in the same deposition chamber. An object of the present invention is to significantly reduce the cost of the apparatus by making it possible.
[0020]
[Patent Document 1]
JP 2001-49436 A
[Patent Document 2]
JP-A-2001-49437
[Patent Document 3]
Japanese Patent Application No. 2000-130858
[Patent Document 4]
Japanese Patent Application No. 2001-293031
[Patent Document 5]
Japanese Patent Application No. 2002-67445
[Patent Document 6]
Japanese Patent Application No. 2002-155537
[Patent Document 7]
Japanese Patent Application No. 2002-007147
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The Cat-PECVD apparatus of the present invention includes a raw material gas containing a gas containing Si and / or C in a molecular formula, and a Si and C gas in a molecular formula heated by a first thermal catalyst disposed in a gas introduction path. A non-Si non-C-based gas composed of a gas containing no gas is separated from a plurality of gas ejection ports provided in a shower head serving also as a plasma generation electrode installed in the film formation space, in a state where the gases are separated from each other. The gas ejected to the film forming space and mixed therewith is decomposed and activated by plasma generated by the shower head connected to a high-frequency power supply, and faces the shower head in the film forming space. A Cat-PECVD apparatus in which a film is deposited on a substrate arranged in a second direction, wherein the second catalyst is different from the thermal catalyst disposed in the non-Si non-C-based gas introduction path. A catalyst is disposed in the film-forming space, and is used for cleaning containing at least one of hydrogen gas, a gas containing fluorine (F) in a molecular formula, or a gas containing chlorine (Cl) in a molecular formula. A gas is introduced into the film formation space through at least the non-Si non-C-based gas introduction path, and is heated and activated by the first thermal catalyst and the second thermal catalyst, and is heated and activated. A cleaning mechanism is provided for etching and removing deposits deposited in the film forming chamber constituting the film forming space by gas.
[0022]
In addition, a raw material gas containing a gas containing Si and / or C in a molecular formula, and a gas containing no Si and C in a molecular formula heated by a first thermal catalyst disposed in a gas introduction path. The Si non-C-based gas is separated from the Si non-C-based gas through a plurality of gas outlets provided in the antenna electrode through a hollow portion of an antenna electrode having a hollow structure installed in a film forming space. The gas spouted into the film space, mixed and spouted into the film formation space is decomposed and activated by the plasma generated by the antenna electrode connected to a high-frequency power supply, and is applied to the antenna electrode in the film formation space. A Cat-PECVD apparatus in which a film is deposited on a substrate disposed opposite to the substrate, wherein the second thermal element is different from the thermal catalyst disposed in the non-Si non-C-based gas introduction path. Catalyst body in front The cleaning gas, which is disposed in the film forming space and contains at least one of hydrogen gas, gas containing fluorine (F) in molecular formula, or gas containing chlorine (Cl) in molecular formula, contains at least It is introduced into the film forming space through the non-Si non-C-based gas introduction path, heated and activated by the first thermal catalyst and the second thermal catalyst, and is heated and activated by the heated and activated gas. A cleaning mechanism for etching and removing deposits deposited in the film forming chamber forming the film space is provided.
[0023]
In each of the above Cat-PECVD apparatuses, the gas containing fluorine (F) in the molecular formula or the gas containing chlorine (Cl) in the molecular formula is SF 6 , NF 3 , CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , CCl 4 , C 2 ClF 5 , ClF 3 , CCIF 3 , And at least one of them.
[0024]
The film processing system according to the present invention is a film processing system including a plurality of vacuum chambers including at least one film forming chamber including the above-described Cat-PECVD apparatus, wherein the film forming chamber includes a Si-based film or a C-based film. It is characterized by having a structure in which at least one of a doping gas capable of forming a p-type and a doping gas capable of forming an n-type can be introduced.
[0025]
Further, in the above-described film processing system, a Si-based film or a C-based film in which at least two or more films having different conductivity types are stacked among a p-type film, a substantially i-type film, and an n-type film is manufactured. In forming the film, at least immediately before forming the i-type film, the film forming chamber is cleaned with a cleaning gas.
[0026]
Further, the film processing system is characterized in that a shelter which is separated by a vacuum valve and can store a substrate is provided adjacently.
[0027]
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.
[0028]
FIG. 1 is an overall view showing an example of an apparatus for realizing a parallel plate electrode type Cat-PECVD method. Here, 705a is a first thermal catalyst disposed in a non-Si non-C-based gas introduction path, 705b is a second thermal catalyst disposed in a film forming space, and 706a is a first thermal catalyst. 706b is a heating power supply for the second thermal catalyst, and the other numbers are the same as those in FIG.
[0029]
FIG. 2 is an overall view showing an example of an apparatus for realizing the Cat-PECVD method of the antenna electrode type. In the case where the film-forming surface of the flat substrate is oriented in the direction perpendicular to the paper, the thermal catalyst is It is sectional drawing in the position of the built-in antenna electrode. FIG. 3 is a cross-sectional view of the array-like antenna electrode as viewed from the center axis direction.
[0030]
In these figures, 103a is a first thermal catalyst disposed in a non-Si non-C-based gas introduction path, 103b is a second thermal catalyst disposed in a film forming space, and 104a is a first thermal catalyst. A heating power supply for the catalyst body, 104b is a heating power supply for the second thermal catalyst body, 109a and 109b are bases, 111b is a gas outlet provided in the non-thermal catalyst body built-in antenna electrode 106b, Are the same as those in FIG.
[0031]
In the following, description will be made mainly on the parallel plate type Cat-PECVD apparatus shown in FIG. 1 as an example, but the same description will be applied to the antenna electrode type Cat-PECVD apparatus shown in FIG. 2 and FIG. Since the present invention can be applied, the description is omitted except for the parts that require individual description.
[0032]
Now, for example, using the Cat-PECVD apparatus shown in FIG. 4 And H as a non-Si non-C gas 2 The following describes an example in which a Si-based film is formed on a substrate by using the above method.
[0033]
When a Si-based film is formed on a substrate, a Si-based film or powder adheres inevitably to a film forming chamber other than the substrate. Further, in the Cat-PECVD method, the first thermal catalyst 705a is in a heating state in the film forming mode, and therefore, depending on the film forming conditions, as described in the section of the prior art and the problem thereof, the non-Si non-Si The deposit may also be generated near the thermal catalyst in the C-based gas introduction path.
[0034]
These deposits greatly affect the quality of the Si-based film formed on the substrate. That is, the dust quality caused by the delamination of the film as the deposit, the desorption of the powder, and the high-order silane-based gas generated by the reaction of the deposit with the active gas are taken into the Si-based film. Drops.
[0035]
Therefore, these deposits are removed at least once after the film forming mode and thereafter in the gas cleaning mode, and the presence of the deposits adversely affects the quality of a desired film formed on the substrate. Reduce the degree. The cleaning gas for gas cleaning is introduced from at least a non-Si non-C-based gas introduction path, and is heated and activated by the first thermal catalyst 705a and the second thermal catalyst 705b. The activated cleaning gas reacts with the deposit on the non-Si non-C-based gas introduction path and the deposit in the film forming space, and the deposit is vaporized and exhausted, and the cleaning proceeds.
[0036]
Here, as the cleaning gas, hydrogen (H 2 ), A gas containing fluorine (F) in the molecular formula, or a gas containing chlorine (Cl) in the molecular formula. Examples of the gas containing fluorine in the molecular formula and the gas containing chlorine in the molecular formula include SF 6 , NF 3 , CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , CCl 4 , C 2 ClF 5 , ClF 3 , CCIF 3 , Etc. can be used.
[0037]
Here, at least the surface of the thermal catalysts 705a and 705b is made of a metal material in order to make it function as a thermal catalyst by applying an electric current thereto and heating and raising the temperature by the Joule heat. More preferably, it is desirably made of a metal material containing at least one of Ta, W, Re, Os, Ir, Nb, Mo, Ru, and Pt which is a high melting point metal material as a main component. In addition, as the shape of the thermal catalyst, usually, the above-mentioned metal material is often used in the form of a wire. However, the shape is not particularly limited to the wire, and a plate-like or mesh-like one may be used. Can be. If the metal material as the thermal catalyst material contains impurities that are not preferable for film formation, before using the thermal catalysts 705a and 705b for film formation, the heating temperature must be higher than the heating temperature at the time of film formation. Preheating at a temperature for several minutes or more is effective in reducing impurities.
[0038]
In addition, as the heating power supplies 706a and 706b for the thermal catalysts 705a and 705b, 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.
[0039]
In addition, the temperature of the thermal catalyst varies depending on the type of cleaning gas used. For example, H 2 The temperature is set to 1000 ° C. or higher for a cleaning gas that does not etch the thermal catalyst as in the above. H depending on pressure 2 This is because the decomposition reaction of hydrogen into atomic hydrogen H becomes remarkable from about 1000 ° C. or higher, and the cleaning effect increases in accordance with the degree of decomposition. On the other hand, when a gas containing F or a gas containing Cl is used as a cleaning gas, if the temperature of the thermal catalyst is not sufficiently high, the thermal catalyst itself is consumed by etching due to a reaction with the cleaning gas. May be lost. In this case, the temperature of the thermal catalyst is increased to a temperature at which the cleaning gas or its decomposition component thermally desorbs from the surface of the thermal catalyst before the reaction between the thermal catalyst material and the cleaning gas proceeds. Just do it. Note that the temperature of the thermal catalyst must be lower than or equal to a level at which evaporation of the thermal catalyst material does not matter. The maximum use temperature varies depending on the material of the thermal catalyst, but a temperature approximately 500 to 1000 ° C. lower than the melting point of the material can be used as a rough guide.
[0040]
Here, the second thermal catalyst 705b disposed in the film-forming space is used for gas cleaning while the apparatus is used in a film-forming mode (the second thermal catalyst is not heated at this time). It is desirable to be able to arrange at a position different from the arrangement position in the film formation space in the mode. This is because, in the film formation mode, the second thermal catalyst becomes an object to which the above-mentioned deposits are adhered, causing the problems described above. Specifically, in FIG. 1, before the apparatus enters the film forming mode, the second thermal catalyst 705b is moved downward in advance and embedded in a groove (not shown) provided in the heater component. Evacuate. By doing so, the film can be formed under the same conditions as when the second thermal catalyst 705b does not exist, and the above problem can be avoided. It should be noted that the second method for retracting the thermal catalyst is not limited to the above-described method, and it is needless to say that the second thermal catalyst may be retracted in the horizontal direction.
[0041]
FIGS. 2 and 3 show an example of a method for disposing the second thermal catalyst 103b in the antenna electrode type Cat-PECVD method. In this case, the illustrated gas cleaning is also performed in the film forming mode. It is desirable to be able to arrange at a position different from the arrangement position in the mode for the same reason as above.
<Film processing system and process capable of forming different conductivity type semiconductor films in the same film forming chamber> FIG. 12 shows a pin type cell (FIG. 12) using an i-type hydrogenated amorphous silicon film as a photoactive layer. An example of a conventional apparatus for manufacturing a tandem thin-film Si solar cell in which a top cell) and a pin-type cell (bottom cell) using an i-type microcrystalline silicon film as a photoactive layer are shown. It is. Here, an example is shown in which the Cat-PECVD method is used to form the i-type hydrogenated amorphous silicon film and the i-type microcrystalline silicon film, but of course, other films (p-type film, n-type film) The Cat-PECVD method may be used for the formation.
[0042]
Here, FIG. 4 shows an example of an apparatus configuration when the gas cleaning method of the present invention is applied. Here, an example is shown in which the pin top cell is realized by one film forming chamber and the pin bottom cell is realized by one film forming chamber. A p-type doping gas typified by B2H6 and an n-type doping gas typified by PH3 are introduced into each of the film forming chambers so that a p-type film and an n-type film can be formed. As described above, the p-type film, the i-type film, and the n-type film are conventionally formed in independent film forming chambers as shown in FIG. For example, it is possible to remove deposits deposited in the deposition chamber up to that time by gas cleaning (that is, to erase the deposition history up to that point), so that films of different conductivity types can be continuously produced even in the same deposition chamber. The film can be made.
[0043]
In addition, when at least an i-type film is formed, gas cleaning is performed immediately before the film formation. This is because the quality of the i-type film determines the characteristics of the solar cell. On the other hand, in the case of forming a p-type film and an n-type film, it is not always necessary to perform gas cleaning immediately before the film formation. This is because the doping concentration of the p-type film and the n-type film for a solar cell is usually not so low as to be affected by the film forming history in the film forming chamber, but is often sufficiently high. However, it is needless to say that it is desirable to implement it.
[0044]
Although the continuous formation of the different conductivity type film by the gas cleaning method itself is a conventionally known technique, when the film forming method using the Cat-PECVD method is used, the gas cleaning method (the manufacturing method) of the present invention is used. It is apparent that a method of performing gas cleaning not only on the film chamber but also on the non-Si non-C-based gas introduction path) is essential.
[0045]
FIG. 4 also shows an evacuation chamber for temporarily evacuating the substrate during gas cleaning of the film forming chamber. Thereby, the influence of gas cleaning can be prevented from affecting the substrate.
[0046]
Further, in the above description, the case where three types of films of p-type, i-type, and n-type are formed in one film forming chamber has been described, but of course, two types of these films or one type of film are formed. It is needless to say that the present method can be applied to the case of forming a film.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the Cat-PECVD apparatus of the present invention and the film processing system using the same, it is possible to provide an excellent and effective gas cleaning method and an apparatus configuration for realizing the same. Significant time reduction can be realized.
[0048]
Further, since it becomes possible to continuously form films of different conductivity types in the same film forming chamber, the cost of the apparatus can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of an apparatus for realizing a gas cleaning method according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of an apparatus for realizing a gas cleaning method according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of a device configuration for realizing a gas cleaning method according to the present invention, and is a cross-sectional view as viewed from a center axis direction of an antenna electrode.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a film processing system that realizes the Cat-PECVD method according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an example of a conventional Cat-PECVD apparatus.
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an example of a conventional Cat-PECVD apparatus.
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating an example of the configuration of a conventional Cat-PECVD apparatus.
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of components of a conventional Cat-PECVD apparatus.
FIG. 9 is a perspective view schematically illustrating an example of components of a conventional Cat-PECVD apparatus.
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of components of a conventional Cat-PECVD apparatus.
FIG. 11 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of an apparatus for realizing a conventional gas cleaning method.
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an example of a conventional film processing system.
[Explanation of symbols]
103a: the first thermal catalyst disposed in the non-Si non-C-based gas introduction path
101: inlet for non-Si non-C-based gas composed of a gas not containing Si and C in the molecular formula
102: Inlet of raw material gas containing gas containing Si and / or C in molecular formula 103: Thermal catalyst
103b: second thermal catalyst disposed in the film forming space
104: power supply for heating the thermal catalyst 103
104a: heating power supply for the first thermal catalyst
104b: heating power supply for the second thermal catalyst
105: Active gas space
106a: Antenna electrode with built-in thermal catalyst
106b: Antenna electrode without built-in thermal catalyst
107a, 107b: high frequency power supply
108a, 108c: phase converter
108b, 108d: power distributor
109: Substrate for film formation
109a, 109b: substrate
110: heater for heating the substrate
111b: antenna electrode without built-in thermal catalyst
111a: gas ejection port provided on the antenna electrode 106a with a built-in thermal catalyst
112: insulating member for electrical insulation
113: Chamber (film-forming room) constituting film-forming space
114a, 114b: hollow portions provided inside the antenna electrode
201: Gas outlet
700: shower head
701: Source gas inlet containing a gas containing Si and / or C in the molecular formula
702: Non-Si non-C based gas inlet made of a gas not containing Si and C in the molecular formula
703: Source gas introduction route
704: Non-Si non-C gas introduction route
705: thermal catalyst
705a: The first thermal catalyst disposed in the non-Si non-C-based gas introduction path
705b: second thermal catalyst disposed in the film forming space
706: Power supply for heating
706a: heating power supply for the first thermal catalyst
706b: heating power supply for the second thermal catalyst
707: Plasma space
708: electrode for plasma generation
709: High frequency power supply
710: Gas outlet for raw material gas
711 Non-Si / Non-C gas outlet
712: Substrate for film formation
713: Heater for substrate heating
714: Vacuum pump for gas exhaust
715: radiation blocking member

Claims (6)

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第1の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プラズマ生成電極を兼ねるシャワーヘッド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、該製膜空間に噴出されて混合したガスは、高周波電源に接続された前記シャワーヘッド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シャワーヘッドに対向して配置された基体に膜が堆積されるように成したCat−PECVD装置であって、前記非Si非C系ガス導入経路に配設された熱触媒体とは別の第2の熱触媒体が前記製膜空間に配設されており、水素ガス、分子式にフッ素(F)を含んだガス、あるいは分子式に塩素(Cl)を含んだガスのうち、少なくともいずれかを含んだクリーニング用ガスが、少なくとも前記非Si非C系ガス導入経路を通して前記製膜空間に導入され、前記第1の熱触媒体及び第2の熱触媒体によって加熱・活性化され、該加熱・活性化されたガスによって前記製膜空間を構成する製膜室内に堆積した付着物をエッチング除去するクリーニング機構を備えたことを特徴とするCat−PECVD装置。A raw material gas containing a gas containing Si and / or C in a molecular formula, and a non-Si non- gas consisting of a gas not containing Si and C in a molecular formula heated by a first thermal catalyst disposed in a gas introduction path. The C-based gas is separated from the plurality of gas ejection ports provided in a shower head serving also as a plasma generation electrode provided in the film formation space and is separated from the gas supply holes, and is separated into the film formation space. The gas that has been ejected and mixed is decomposed and activated by the plasma generated by the shower head connected to a high-frequency power supply, and a film is deposited on a substrate disposed in the film formation space so as to face the shower head. A second thermal catalyst, which is different from the thermal catalyst disposed in the non-Si non-C-based gas introduction path, is disposed in the film forming space. hand The cleaning gas containing at least one of hydrogen gas, a gas containing fluorine (F) in the molecular formula, or a gas containing chlorine (Cl) in the molecular formula contains at least the non-Si non-C-based gas. The film is introduced into the deposition space through a passage, heated and activated by the first and second thermal catalysts, and the heated and activated gas forms the deposition chamber. A Cat-PECVD apparatus, comprising: a cleaning mechanism for etching and removing deposits deposited on the substrate. 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第1の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アンテナ電極の中空部を通って該アンテナ電極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、該製膜空間に噴出されて混合したガスは、高周波電源に接続された前記アンテナ電極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アンテナ電極に対向して配置された基体に膜が堆積されるように成したCat−PECVD装置であって、前記非Si非C系ガス導入経路に配設された熱触媒体とは別の第2の熱触媒体が前記製膜空間に配設されており、水素ガス、分子式にフッ素(F)を含んだガス、あるいは分子式に塩素(Cl)を含んだガスのうち、少なくともいずれかを含んだクリーニング用ガスが、少なくとも前記非Si非C系ガス導入経路を通して前記製膜空間に導入され、前記第1の熱触媒体及び第2の熱触媒体によって加熱・活性化され、該加熱・活性化されたガスによって前記製膜空間を構成する製膜室内に堆積した付着物をエッチング除去するクリーニング機構を備えたことを特徴とするCat−PECVD装置。A raw material gas containing a gas containing Si and / or C in a molecular formula, and a non-Si non- gas consisting of a gas not containing Si and C in a molecular formula heated by a first thermal catalyst disposed in a gas introduction path. The C-based gas is separated from the film-forming space through a plurality of gas ejection ports provided in the antenna electrode through the hollow portion of the antenna electrode having a hollow structure installed in the film-forming space in a state where they are separated from each other. The gas that has been ejected and mixed into the film-forming space is decomposed and activated by plasma generated by the antenna electrode connected to a high-frequency power supply, and faces the antenna electrode in the film-forming space. A Cat-PECVD apparatus in which a film is deposited on a substrate disposed in a manner different from the thermal catalyst disposed in the non-Si non-C-based gas introduction path. Is the film forming And a cleaning gas containing at least one of a hydrogen gas, a gas containing fluorine (F) in a molecular formula, or a gas containing chlorine (Cl) in a molecular formula, The film is introduced into the film formation space through a Si non-C-based gas introduction path, heated and activated by the first and second thermal catalysts, and is heated and activated by the heated and activated gas. A Cat-PECVD apparatus, comprising: a cleaning mechanism for etching and removing deposits deposited in a film forming chamber constituting the apparatus. 前記分子式にフッ素(F)を含んだガス、あるいは分子式に塩素(Cl)を含んだガスは、SF、NF、CF、C、C、CCl、CClF、ClF、CClF、のうち、少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項1または2に記載のCat−PECVD装置。The gas containing fluorine (F) in the molecular formula or the gas containing chlorine (Cl) in the molecular formula is SF 6 , NF 3 , CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , CCl 4 , C 2 ClF. The Cat-PECVD apparatus according to claim 1, wherein the Cat-PECVD apparatus includes at least one of: 5 , ClF 3 , and CCIF 3 . 請求項1乃至3に記載のCat−PECVD装置からなる製膜室を少なくとも一室含む複数の真空室からなる膜処理システムであって、前記製膜室は、Si系膜またはC系膜をp型化できるドーピングガス、あるいはn型化できるドーピングガスのうち、少なくとも一方を導入できる構造を有していることを特徴とする膜処理システム。A film processing system comprising a plurality of vacuum chambers including at least one film forming chamber comprising the Cat-PECVD apparatus according to claim 1, wherein the film forming chamber is formed of a Si-based film or a C-based film. A film processing system having a structure capable of introducing at least one of a doping gas that can be converted into a type and a doping gas that can be converted into an n-type. 請求項4に記載の膜処理システムであって、p型膜、実質的にi型膜、およびn型膜のうち、少なくとも導電型の異なる2種以上の膜を積層したSi系膜またはC系膜を製膜するにあたって、少なくともi型膜を製膜する直前には、クリーニングガスによって製膜室内をクリーニングすることを特徴とする膜処理システム。5. The film processing system according to claim 4, wherein at least two films having different conductivity types are stacked among a p-type film, a substantially i-type film, and an n-type film. 6. A film processing system comprising: cleaning a film forming chamber with a cleaning gas at least immediately before forming an i-type film when forming a film. 請求項4乃至5に記載の膜処理システムであって、請求項1乃至3に記載のCat−PECVD装置からなる製膜室には、真空弁によって隔離され基体を格納できる待避室が隣接して設けられていることを特徴とする膜処理システム。In the film processing system according to any one of claims 4 to 5, an evacuation chamber, which is separated by a vacuum valve and can store a substrate, is adjacent to the film forming chamber including the Cat-PECVD apparatus according to any one of claims 1 to 3. A membrane processing system, which is provided.
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