JP2005332985A

JP2005332985A - 半導体製造装置およびそれを用いて製造した光起電力装置

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Publication number: JP2005332985A
Application number: JP2004150107A
Authority: JP
Inventors: Masaki Shima; 正樹島
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-05-20
Filing date: 2004-05-20
Publication date: 2005-12-02

Abstract

【課題】基板上に形成する半導体層の膜厚の均一性を向上させることが可能な半導体製造装置を提供する。
【解決手段】この半導体製造装置は、排気口１ａを有する反応室１と、反応室１内に設けられ、基板２００を保持するための基板保持部２と、反応室１内に設けられ、基板２００上に半導体層を形成するための原料ガスを供給するガス供給部３と、排気口１ａに接続され、反応室１内から排気を行うための排気部５と、排気口１ａの近傍に設けられ、反応室１内から排気口１ａへの排気の流れを抑制するための排気流抑制板６とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置およびそれを用いて製造した光起電力装置に関し、特に、半導体層を形成するための原料ガスを供給するガス供給源を備えた半導体製造装置およびそれを用いて製造した光起電力装置に関する。

従来、半導体層を形成するための原料ガスを供給するガス供給源を備えた半導体製造装置が知られている（たとえば、非特許文献１参照）。

上記非特許文献１に開示された半導体製造装置では、ガス供給源から半導体層を形成するための原料ガスを供給するとともに、触媒体により原料ガスを分解することによって生成した成膜種を用いて半導体層を形成する触媒ＣＶＤ法（Ｃａｔ−ＣＶＤ：Ｃａｔａｌｙｔｉｃ−ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が用いられている。

図１４は、上記の触媒ＣＶＤ法と同様の方法を用いて半導体層を形成するための従来の一例による半導体製造装置の構成を示した縦断面図である。図１５は、図１４に示した従来の一例による半導体製造装置の横断面図である。図１４を参照して、従来の一例による半導体製造装置は、排気口１０１ａを有する反応室１０１と、基板保持部１０２と、ガス供給部１０３と、触媒体１０４と、排気部１０５とを備えている。

反応室１０１は、図１５に示すように、上方から見て円形に形成されているとともに、反応室１０１の側面には、排気口１０１ａが形成されている。この排気口１０１ａからの排気方向と、後述するガス供給部１０３から反応室１０１内への原料ガスの吹き出し方向とは、交差するように構成されている。基板保持部１０２は、図１４に示すように、基板２００を保持するために設けられている。この基板保持部１０２は、反応室１０１内の上面に設置されている。また、基板保持部１０２の下部には、基板２００を加熱するための基板ヒータ１０２ａが設けられており、この基板ヒータ１０２ａの下面上に基板２００を設置するように構成されている。ガス供給部１０３は、基板２００上に半導体層を形成するための原料ガスを供給するために設けられている。このガス供給部１０３の上部には、複数の小さな穴１０３ｂ（図１５参照）が形成されたシャワープレート１０３ａが設けられている。このシャワープレート１０３ａの複数の穴１０３ｂを介して原料ガスが基板保持部１０２に保持される基板２００に向かって吹き出すように構成されている。

触媒体１０４は、原料ガスを分解して半導体層を形成するための成膜種を生成するために設けられている。この触媒体１０４は、ガス供給部１０３のシャワープレート１０３ａと、基板保持部１０２に保持される基板２００との間に設置されている。また、触媒体１０４は、所定の電流を流すことにより所定の温度に加熱することが可能なように構成されている。排気部１０５は、反応室１０１内から排気を行うために設けられている。この排気部１０５は、排気経路部１０５ａと、圧力調整バルブ１０５ｂと、排気ポンプ１０５ｃとによって構成されている。排気経路部１０５ａは、一方端が反応室１０１の排気口１０１ａに接続されているとともに、他方端が排気ポンプ１０５ｃに接続されている。これにより、排気ポンプ１０５ｃを駆動させることによって、反応室１０１内のガスが排気口１０１ａおよび排気経路部１０５ａを介して排気されるように構成されている。また、圧力調整バルブ１０５ｂは、反応室１０１内の圧力を調整するために設けられている。

次に、従来の一例による半導体製造装置の半導体層を形成する際の動作としては、基板保持部１０２の基板ヒータ１０２ａの下面上に基板２００を設置する。その後、基板ヒータ１０２ａにより基板２００を所定の温度に加熱する。そして、触媒体１０４に電流を流すことにより触媒体１０４を加熱した後、ガス供給源１０３のシャワープレート１０３ａから基板２００に向かって原料ガスを吹き出させる。これにより、原料ガスは、加熱された触媒体１０４により分解されて半導体層を形成するための成膜種が生成される。この生成された成膜種が基板２００に向かって流れるとともに、基板２００に到達することにより基板２００上に半導体層が形成される。なお、上記の半導体層の形成は、排気部１０５の排気ポンプ１０５ｃを駆動させることにより、反応室１０１内のガスを排気口１０１ａおよび排気経路部１０５ａを介して所定の流量で排気しながら行う。
"ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅＣａｔ−ＣＶＤａｐｐａｒａｔｕｓａｎｄｉｔｓｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｆｏｒｍａｓｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ"，ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ３９５（２００１）ｐｐ．５５−６０

しかしながら、図１４に示した従来の一例による半導体製造装置では、反応室１０１内から排気口１０１ａへの排気の流れによって、反応室１０１内のガスの流れが反応室１０１の側面に設けられた排気口１０１ａ側に引っ張られるという不都合がある。これにより、基板２００上の排気口１０１ａ側の領域に到達する成膜種の量が基板２００上の排気口１０１ａと反対側の領域に到達する成膜種の量に比べて多くなるので、基板２００上に形成される半導体層の膜厚の均一性が低下するという問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、基板上に形成する半導体層の膜厚の均一性を向上させることが可能な半導体製造装置およびそれを用いて製造した光起電力装置を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における半導体製造装置は、排気口を有する反応室と、反応室内に設けられ、基板を保持するための基板保持部と、反応室内に設けられ、基板上に半導体層を形成するための原料ガスを供給するガス供給源と、排気口に接続され、反応室内から排気を行うための排気系と、少なくとも排気口の近傍に設けられ、反応室内から排気口への排気の流れを抑制するための排気流抑制部材とを備えている。

この第１の局面による半導体製造装置では、上記のように、少なくとも排気口の近傍に反応室内から排気口への排気の流れを抑制するための排気流抑制部材を設けることによって、反応室内における原料ガスの流れが排気口側に引っ張られるのを抑制することができるので、原料ガスにより基板上の排気口側の領域に形成される半導体層の膜厚が、基板上の排気口と反対側の領域に形成される半導体層の膜厚に比べて大きくなるのを抑制することができる。これにより、半導体製造装置を用いて基板上に形成する半導体層の膜厚の均一性を向上させることができる。

上記第１の局面による半導体製造装置において、好ましくは、半導体層は、触媒ＣＶＤ法により形成される。このように構成すれば、半導体製造装置により触媒ＣＶＤ法を用いて形成される半導体層において、膜厚の均一性を向上させることができる。

上記第１の局面による半導体製造装置において、好ましくは、排気流抑制部材は、反応室内から排気口への排気の流れを抑制する機能に加えて、反応室の内壁面に原料ガスによる生成物が付着するのを抑制する防着板としての機能も有する。このように構成すれば、排気流抑制部材を防着板としても用いることができるので、排気流抑制部材を新たに設けたとしても、従来の防着板を設けた構成と同じ部品点数になる。これにより、部品点数が増大するのを抑制しながら、反応室内から排気口への排気の流れを抑制することができる。

この場合において、排気流抑制部材は、基板保持部およびガス供給源の周囲を取り囲むように配置されていてもよい。このように構成すれば、排気流抑制部材を用いて、基板保持部およびガス供給源の周囲に位置する反応室の内壁面全体に渡って原料ガスによる生成物が付着するのを抑制することができるので、排気流抑制部材の防着板としての機能を向上させることができる。

上記第１の局面による半導体製造装置において、好ましくは、排気流抑制部材は、反応室内から排気口への排気の流れを抑制する機能に加えて、反応室内の圧力を調整する機能も有するバルブを含む。このように構成すれば、排気流抑制部材を反応室内の圧力を調整するための圧力調整バルブとしても用いることができるので、排気流抑制部材を新たに設けたとしても、従来の圧力調整バルブを設けた構成と同じ部品点数になる。これにより、部品点数が増大するのを抑制しながら、反応室内から排気口への排気の流れを抑制することができる。

上記第１の局面による半導体製造装置において、排気口は、ガス供給源の中心と基板の中心とを結ぶ直線に対して偏った位置に配置されていてもよい。このように、排気口がガス供給源の中心と基板の中心とを結ぶ直線に対して偏った位置に配置されている場合には、反応室内におけるガスの流れが排気口側に偏りやすいため、本発明の排気流抑制部材を設けることによって、有効に反応室内のガスの流れを均一化することができる。これにより、排気口がガス供給源の中心と基板の中心とを結ぶ直線に対して偏った位置に配置されている場合にも、基板上に形成する半導体層の膜厚の均一性を向上させることができる。

この場合において、反応室内への原料ガスの吹き出し方向と、反応室の排気口からの排気方向とは交差するように構成されていてもよい。このように、反応室内への原料ガスの吹き出し方向と、反応室の排気口からの排気方向とが交差するように構成されている場合には、反応室内におけるガスの流れが排気口側により偏りやすいため、本発明の排気流抑制部材を設けることによって、より有効に反応室内のガスの流れを均一化することができる。これにより、反応室内への原料ガスの吹き出し方向と、反応室の排気口からの排気方向とが交差するように構成されている場合にも、基板上に形成する半導体層の膜厚の均一性を向上させることができる。

この発明の第２の局面における半導体製造装置は、排気口を有する反応室と、反応室内に設けられ、基板を保持するための基板保持部と、反応室内に設けられ、基板上に半導体層を形成するための原料ガスを供給するガス供給源と、排気口に接続され、反応室内から排気を行うための排気系と、基板保持部およびガス供給源の周囲を取り囲むように配置され、反応室内から排気口への排気の流れを抑制するための排気流抑制部材とを備えている。

この第２の局面による半導体製造装置では、上記のように、反応室内の排気口への排気の流れを抑制するための排気流抑制部材を設けることによって、反応室内における原料ガスの流れが排気口側に引っ張られるのを抑制することができるので、原料ガスにより基板上の排気口側の領域に形成される半導体層の膜厚が、基板上の排気口と反対側の領域に形成される半導体層の膜厚に比べて大きくなるのを抑制することができる。これにより、半導体製造装置を用いて基板上に形成する半導体層の膜厚の均一性を向上させることができる。また、排気流抑制部材を基板保持部およびガス供給源の周囲を取り囲むように配置することによって、排気流抑制部材を防着板としても用いることができるので、排気流抑制部材を新たに設けたとしても、従来の防着板を設けた構成と同じ部品点数になる。これにより、部品点数が増大するのを抑制しながら、反応室内から排気口への排気の流れを抑制することができる。また、排気流抑制部材を用いて、基板保持部およびガス供給源の周囲に位置する反応室の内壁面全体に渡って原料ガスによる生成物が付着するのを抑制することができるので、排気流抑制部材の防着板としての機能を向上させることができる。

この発明の第３の局面における光起電力装置は、上記したいずれかの構成を有する半導体製造装置により形成された実質的に真性な光電変換層を備える。このように構成すれば、容易に、膜厚の均一な実質的に真性な光電変換層を備えた光起電力装置を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による半導体製造装置の構成を示した縦断面図である。図２は、図１に示した第１実施形態による半導体製造装置の横断面図である。まず、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による半導体製造装置の構成について説明する。

第１実施形態による半導体製造装置は、図１に示すように、排気口１ａを有する反応室１と、基板保持部２と、ガス供給部３と、触媒体４と、排気部５と、排気流抑制板６とを備えている。なお、このガス供給部３は、本発明の「ガス供給源」の一例であり、排気部５は、本発明の「排気系」の一例であり、排気流抑制板６は、本発明の「排気流抑制部材」の一例である。

反応室１は、図２に示すように、上方から見て円形に形成されているとともに、反応室１の側面に約１２ｃｍ〜約１３ｃｍの幅を有する排気口１ａが形成されている。この排気口１ａからの排気方向と、後述するガス供給部３から反応室１内への原料ガスの吹き出し方向とは、交差（実質的に直交）するように構成されている。また、反応室１は、約２５ｃｍの高さを有している。基板保持部２は、図１に示すように、基板２００を保持するために設けられている。この基板保持部２は、反応室１内の上面に設置されている。また、基板保持部２の下部には、基板２００を加熱するための基板ヒータ２ａが設けられており、この基板ヒータ２ａの下面上に基板２００を設置するように構成されている。ガス供給部３は、基板２００上に半導体層を形成するための原料ガスを供給するために設けられている。このガス供給部３は、反応室１内の底面側に基板保持部２と対向するように設置されている。また、ガス供給部３の上部には、複数の小さな穴３ｂ（図２参照）が形成されたシャワープレート３ａが設けられている。このシャワープレート３ａの複数の穴３ｂを介して原料ガスが基板保持部２に保持される基板２００に向かって吹き出すように構成されている。なお、基板２００上にシリコン半導体層を形成する場合には、原料ガスとして、シランガス（ＳｉＨ_４）と水素ガス（Ｈ_２）との混合ガスなどが用いられる。

触媒体４は、原料ガスを分解して半導体層を形成するための成膜種を生成するために設けられている。この触媒体４は、タングステン線などからなるとともに、ガス供給部３のシャワープレート３ａと、基板保持部２に保持される基板２００との間に上方から見て実質的にＷ字形状を有するように設置されている。また、触媒体４は、所定の電流を流すことにより所定の温度に加熱することが可能なように構成されている。排気部５は、反応室１内から排気を行うために設けられている。この排気部５は、排気経路部５ａと、圧力調整バルブ５ｂと、排気ポンプ５ｃとによって構成されている。排気経路部５ａは、一方端が反応室１の排気口１ａに接続されているとともに、他方端が排気ポンプ５ｃに接続されている。これにより、排気ポンプ５ｃを駆動させることによって、反応室１内のガスが排気口１ａおよび排気経路部５ａを介して排気されるように構成されている。なお、排気ポンプ５ｃとしては、ターボ分子ポンプなどが用いられる。圧力調整バルブ５ｂは、反応室１内の圧力を調整するために設けられている。この圧力調整バルブ５ｂは、排気経路部５ａの排気ポンプ５ｃの近傍に設置されている。また、圧力調整バルブ５ｂは、所定の軸を中心に回動可能な弁を有するバタフライバルブなどによって構成される。

ここで、第１実施形態では、排気流抑制板６は、反応室１内から排気口１ａへの排気の流れを抑制するために設けられている。この排気流抑制板６は、ステンレス板を丸めることによって円筒形状に形成されているとともに、下端部に設けられた脚部６ａにより反応室１内の底面上に設置されている。また、排気流抑制板６は、反応室１内の上面と底面との間にそれぞれ約１ｃｍの間隔を隔てるとともに、反応室１の内壁面および排気口１ａとの間に約１ｃｍの間隔を隔てて設置されている。これにより、反応室１内のガスは、排気流抑制板６と反応室１内の上面との間の隙間および排気流抑制板６と反応室１内の底面との間の隙間と、排気流抑制板６と反応室１の内壁面との間の隙間とを介して排気口１ａから排気される。また、排気流抑制板６は、基板保持部２、ガス供給部３および触媒体４の周囲を取り囲むように配置されている。これにより、排気流抑制板６により反応室１の内壁面に成膜種が到達するのを抑制することができるので、排気流抑制板６は、成膜種による生成物が付着するのを抑制するための防着板としての機能も有している。

次に、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による半導体製造装置の半導体層を形成する際の動作について説明する。

まず、基板保持部２の基板ヒータ２ａの下面上に基板２００を設置する。その後、基板ヒータ２ａにより基板２００を所定の温度に加熱する。そして、触媒体４に直流電流を流すことにより触媒体４を加熱した後、ガス供給源３のシャワープレート３ａから基板２００に向かって原料ガスを吹き出させる。これにより、原料ガスは、加熱された触媒体４により分解されて半導体層を形成するための成膜種が生成される。この生成された成膜種が基板２００に向かって流れるとともに基板２００に到達することにより、基板２００上に半導体層が形成される。具体的には、原料ガスとしてシランガス（ＳｉＨ_４）および水素ガス（Ｈ_２）の混合ガスを用いる場合には、原料ガスは、加熱された触媒体４により分解されて活性種が生成される。その生成された活性種同士、または、生成された活性種と原料ガス分子（ＳｉＨ_４およびＨ_２）とにより２次的な気相反応が生じることなどによって、ＳｉＨ_３などの成膜種が生成される。そして、生成されたＳｉＨ_３などの成膜種が基板２００に到達することにより、基板２００上に微結晶シリコン層などの半導体層が形成される。なお、上記の半導体層の形成は、排気部５の排気ポンプ５ｃを駆動させることにより、反応室１内のガスを排気口１ａおよび排気経路部５ａを介して所定の流量で排気しながら行う。

この際、第１実施形態では、反応室１内から排気口１ａへの排気の流れを抑制するための排気流抑制板６が排気口１ａの近傍に設けられているので、原料ガスおよび成膜種の流れが排気口１ａ側に引っ張られるのが抑制される。また、排気流抑制板６は、基板保持部２、触媒体４およびガス供給部３の周囲を取り囲むように配置されているので、排気流抑制板６により成膜種が反応室１の内壁面に到達するのが抑制される。

第１実施形態では、上記のように、反応室１内から排気口１ａへの排気の流れを抑制するための排気流抑制板６を排気口１ａの近傍に設けることによって、反応室１内における成膜種の流れが排気口１ａ側に引っ張られるのを抑制することができるので、基板２００の排気口１ａ側の領域に到達する成膜種の量が基板２００の排気口と反対側の領域に到達する成膜種の量に比べて多くなるのを抑制することができる。これにより、基板２００上の排気口１ａ側の領域に形成される半導体層の膜厚が、基板２００上の排気口１ａと反対側の領域に形成される半導体層の膜厚に比べて大きくなるのを抑制することができる。その結果、半導体製造装置を用いて基板２００上に形成する半導体層の膜厚の均一性を向上させることができる。

また、第１実施形態では、排気流抑制板６が反応室１内から排気口１ａへの排気の流れを抑制する機能に加えて、反応室１の内壁面に成膜種による生成物が付着するのを抑制する防着板としての機能も有するように構成することによって、排気流抑制板６を防着板としても用いることができるので、排気流抑制板６を新たに設けたとしても、従来の防着板を設けた構成と同じ部品点数になる。これにより、部品点数が増大するのを抑制しながら、反応室１内から排気口１ａへの排気の流れを抑制することができる。

また、第１実施形態では、排気流抑板６を基板保持部２、触媒体４およびガス供給部３の周囲を取り囲むように配置することによって、排気流抑制板６を用いて、基板保持部２、触媒体４およびガス供給部３の周囲に位置する反応室１の内壁面全体に渡って成膜種による生成物が付着するのを抑制することができるので、排気流抑制板６の防着板としての機能を向上させることができる。

次に、上記第１実施形態による効果を確認するために行った実験について説明する。具体的には、排気流抑制板を設けた上記第１実施形態による半導体製造装置と、排気流抑制板を設けていない半導体製造装置とを用いて、それぞれ、基板上に半導体層を形成することにより、以下の実施例１および比較例１による試料を作製した。その後、作製した実施例１および比較例１による試料について半導体層の膜厚の均一性を評価した。

（実施例１）
この実施例１では、図３に示すように、ガラス基板（コーニング社♯１７３７）上の９ヶ所の領域を耐熱性テープによりマスクした。そして、このガラス基板を上記第１実施形態による半導体製造装置の基板保持部に設置した。そして、触媒体として０．５ｍｍの直径を有するタングステン線を用いるとともに、原料ガスとしてシランガス（ＳｉＨ_４）と水素ガス（Ｈ_２）との混合ガスを用いて、上記した第１実施形態による半導体製造装置の動作に基づいてガラス基板上に微結晶シリコン層（図４参照）を形成した。この際の形成条件は、基板温度：２３０℃、ＳｉＨ_４ガス流量：５ｓｃｃｍ、Ｈ_２ガス流量：５０ｓｃｃｍ、反応圧力：５Ｐａ、触媒体に流す直流電流：１３．０Ａであった。そして、ガラス基板上に微結晶シリコン層を形成した後、耐熱性テープを剥がしてガラス基板の上記９箇所の領域の表面を露出させた。このようにして、実施例１による試料を作製した。

（比較例１）
この比較例１では、上記第１実施形態による半導体製造装置から排気流抑制板を除いた構成を有する半導体製造装置を用いてガラス基板上に微結晶シリコン層を形成したこと以外は上記実施例１と同様にして比較例１による試料を作製した。

次に、上記のようにして作製した実施例１および比較例１による試料について、ガラス基板の上記９箇所の領域において、微結晶シリコン層の上面とガラス基板の露出された表面との間の段差を段差計を用いて測定することにより微結晶シリコン層の膜厚ｔ（図４参照）を測定した。実施例１による膜厚の測定結果が図５に示されているとともに、比較例１による膜厚の測定結果が図６に示されている。

図５および図６を参照して、実施例１におけるガラス基板上の排気口側の領域の微結晶シリコン層の膜厚（５３５ｎｍ、５５７ｎｍおよび５６０ｎｍ）と、排気口と反対側の領域の微結晶シリコン層の膜厚（５４３ｎｍ、５３８ｎｍおよび５４３ｎｍ）との差は、比較例１におけるガラス基板上の排気口側の領域の微結晶シリコン層の膜厚（５７０ｎｍ、５７５ｎｍおよび５８２ｎｍ）と、排気口と反対側の領域の微結晶シリコン層の膜厚（５４１ｎｍ、５４５ｎｍおよび５４０ｎｍ）との差に比べて小さいことがわかる。これは、実施例１による試料を作製した半導体製造装置では、排気流抑制板を設けていることにより、比較例１による試料を作製した排気流抑制板を設けていない半導体製造装置と異なり、ガラス基板の排気口側の領域に到達する成膜種（ＳｉＨ_３）の量が排気口と反対側の領域に到達する成膜種（ＳｉＨ_３）の量に比べて多くなるのが抑制されたことによると考えられる。

また、図５に示した実施例１による膜厚の測定結果と、図６に示した比較例１による膜厚の測定結果とから、実施例１および比較例１によるそれぞれの微結晶シリコン層の平均膜厚および膜厚のばらつきを算出した。なお、膜厚のばらつきは、平均膜厚に対して上記９箇所の膜厚がどのような範囲に入るかを百分率で表すことにより算出した。この算出結果では、実施例１では、平均膜厚：５４６．７ｎｍ、膜厚のばらつき：±２．４％となった。一方、比較例１では、平均膜厚：５５９．１ｎｍ、膜厚のばらつき：±４．１％となった。この結果から、実施例１による膜厚のばらつき（±２．４％）は、比較例１による膜厚のばらつき（±４．１％）に比べて小さいことがわかった。これにより、排気流抑制板を設けた上記第１実施形態による半導体製造装置を用いることにより、ガラス基板上に形成する微結晶シリコン層（半導体層）の膜厚の均一性を向上させることができることが判明した。

（実施例２）
次に、排気流抑制板を設けた上記第１実施形態による半導体製造装置と、排気流抑制板を設けていない半導体製造装置とを用いて、それぞれ、以下の実施例２および比較例２による光起電力装置を作製した後、それらの光起電力装置の出力特性の均一性について評価した。具体的には、実施例２および比較例２による光起電力装置の開放電圧、短絡電流、曲線因子および変換効率のばらつきを算出することにより出力特性の均一性を評価した。

なお、開放電圧は、光起電力装置に光を当てた際に発生する電圧を、表面電極と裏面電極との間に電圧計を接続して測定した電圧であり、電流を流さない状態での出力電圧値である。また、短絡電流は、光起電力装置に光を当てた際に流れる電流を、光起電力装置の表面電極と裏面電極との間に電流計を接続して測定した電流であり、負荷がない場合の出力電流値である。また、曲線因子は、セル出力を開放電圧と短絡電流との積で除した値であり、その値が１に近づくほど、光起電力装置の電流電圧特性が優れていることを示す。ここで、セル出力とは、光起電力装置に負荷抵抗を接続したときに、負荷抵抗を変化させて最大の電力が得られる場合の電圧および電流の積である。

この実施例２では、図７に示すように、ステンレス基板５０上にポリイミド層からなる絶縁層５１と、裏面電極層５２と、ｎ型非単結晶シリコン層５３と、実質的に真性な非単結晶シリコン層からなる光電変換層５４と、ｐ型非単結晶シリコン層５５と、表面透明電極層５６と、集電極層５７とを順次積層することにより光起電力装置を作製した。また、この実施例２では、１０ｃｍ角のステンレス基板上の３２箇所の領域（面積：約１ｃｍ^２）に、上記した構成を有する３２個の光起電力装置を形成した。この際、ｎ型非単結晶シリコン層５３およびｐ型非単結晶シリコン層５５は、ＲＦプラズマＣＶＤ法により形成するとともに、光電変換層５４は、上記第１実施形態による半導体製造装置を用いて触媒ＣＶＤ法により形成した。なお、ｎ型非単結晶シリコン層５３（ｎ層）、光電変換層５４（ｉ層）およびｐ型非単結晶シリコン層５５（ｐ層）は、それぞれ、以下の表１に示す条件下で形成した。

上記表１を参照して、ｎ型非単結晶シリコン層５３（ｎ層）をＲＦプラズマＣＶＤ法により形成する際には、基板温度：１６０℃、反応圧力：１３３Ｐａ、高周波電力：１００Ｗの条件下で形成した。また、この際、原料ガスとして、ＳｉＨ_４ガス、Ｈ_２ガスおよびＰＨ_３ガスの混合ガスを用いるとともに、ガス流量は、ＳｉＨ_４ガス：２ｓｃｃｍ、Ｈ_２ガス：２００ｓｃｃｍ、ＰＨ_３ガス：０．２ｓｃｃｍに設定した。

また、光電変換層５４（ｉ層）を触媒ＣＶＤ法により形成する際には、基板温度：２３０℃、反応圧力：１０Ｐａ、触媒体に流す直流電流：１２．６Ａの条件下で形成した。また、この際、原料ガスとして、ＳｉＨ_４ガスおよびＨ_２ガスの混合ガスを用いるとともに、ガス流量は、ＳｉＨ_４ガス：５ｓｃｃｍ、Ｈ_２ガス：５０ｓｃｃｍに設定した。

また、ｐ型非単結晶シリコン層５５（ｐ層）をＲＦプラズマＣＶＤ法により形成する際には、基板温度：１６０℃、反応圧力：１３３Ｐａ、高周波電力：６０Ｗの条件下で形成した。また、この際、原料ガスとして、ＳｉＨ_４ガス、Ｈ_２ガスおよびＢ_２Ｈ_６ガスの混合ガスを用いるとともに、ガス流量は、ＳｉＨ_４ガス：２ｓｃｃｍ、Ｈ_２ガス：３００ｓｃｃｍ、Ｂ_２Ｈ_６ガス：０．２ｓｃｃｍに設定した。

（比較例２）
この比較例２では、上記第１実施形態による半導体製造装置から排気流抑制板を除いた構成を有する半導体製造装置を用いて、実質的に真性な非単結晶シリコン層からなる光電変換層（ｉ層）を形成したこと以外は、上記実施例２と同様にして比較例２による光起電力装置を作製した。

次に、上記のようにして作製した実施例２および比較例２による光起電力装置について、開放電圧、短絡電流、曲線因子および変換効率を測定するとともに、それらの測定値のばらつきを算出した。この測定値のばらつきは、上記３２個の光起電力装置の測定値の平均値を算出した後、その算出した平均値に対して３２個の光起電力装置の測定値がどのような範囲に入るかを百分率で表すことにより算出した。以下の表２に各測定値のばらつきの算出結果を示す。

上記表２の結果から、実施例２による変換効率のばらつき（±１．３％）は、比較例２による変換効率のばらつき（±３．５％）に比べて小さいことがわかる。また、実施例２による短絡電流のばらつき（±１．５％）は、比較例２による短絡電流のばらつき（±１．９％）に比べて小さいことがわかる。これにより、実施例２による光起電力装置では、比較例２による光起電力装置に比べて、変換効率および短絡電流の均一性が向上することが判明した。これは、実施例２による光起電力装置では、排気流抑制板を設けた第１実施形態による半導体製造装置を用いて光電変換層（ｉ層）を形成したことにより、排気流抑制板を設けていない半導体製造装置を用いて光電変換層（ｉ層）を形成した比較例２による光起電力装置に比べて、光電変換層（ｉ層）の膜厚の均一性を向上させることができたことに起因すると考えられる。

また、上記表２の結果から、実施例２による開放電圧のばらつき（±０．８％）は、比較例２による開放電圧のばらつき（±０．８％）と同等になることがわかった。また、実施例２による曲線因子のばらつき（±１．１％）は、比較例２による曲線因子のばらつき（±０．８％）よりも若干大きくなることがわかった。

（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態による半導体製造装置の構成を示した縦断面図である。図９は、図８に示した第２実施形態による半導体製造装置の横断面図である。次に、図８および図９を参照して、本発明の第２実施形態による半導体製造装置の構成について説明する。

第２実施形態による半導体製造装置では、図８および図９に示すように、上記第１実施形態による半導体製造装置と異なり、反応室１内に排気流抑制板６（図１参照）が設けられていないとともに、排気流抑制バルブ１６が排気口１ａの近傍に設置されている。なお、この排気流抑制バルブ１６は、本発明の「バルブ」および「排気流抑制部材」の一例である。また、排気流抑制バルブ１６は、反応室１内から排気口１ａへの排気の流れを抑制する機能に加えて、反応室１内の圧力を調整する機能も有している。また、排気流抑制バルブ１６は、軸１６ａを中心に回動可能な弁１６ｂを有するバタフライバルブによって構成されている。なお、この第２実施形態による半導体製造装置では、排気経路部５ａの排気ポンプ５ｃの近傍には、圧力調整バルブ５ｂ（図１参照）は設けられていない。第２実施形態による半導体製造装置の上記以外の構成は、上記第１実施形態による半導体製造装置の構成と同様である。

第２実施形態では、上記のように、反応室１内から排気口１ａへの排気の流れを抑制するための排気流抑制バルブ１６を排気口１ａの近傍に設けることによって、反応室１内における成膜種の流れが排気口１ａ側に引っ張られるのを抑制することができるので、基板２００の排気口１ａ側の領域に到達する成膜種の量が基板２００の排気口と反対側の領域に到達する成膜種の量に比べて多くなるのを抑制することができる。これにより、基板２００上の排気口１ａ側の領域に形成される半導体層の膜厚が、基板２００上の排気口１ａと反対側の領域に形成される半導体層の膜厚に比べて大きくなるのを抑制することができる。その結果、半導体製造装置を用いて基板２００上に形成する半導体層の膜厚の均一性を向上させることができる。

また、第２実施形態では、排気流抑制バルブ１６が反応室１内から排気口１ａへの排気の流れを抑制する機能に加えて、反応室１内の圧力を調整する機能も有するように構成することによって、排気流抑制バルブ１６を反応室１内の圧力を調整するための圧力調整バルブとしても用いることができるので、排気流抑制バルブ１６を新たに設けたとしても、従来の圧力調整バルブを設けた構成と同じ部品点数になる。これにより、部品点数が増大するのを抑制しながら、反応室１内から排気口１ａへの排気の流れを抑制することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、半導体層を触媒ＣＶＤ法により形成する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、触媒ＣＶＤ法以外の方法により半導体層を形成する場合にも本発明を適用することができる。たとえば、プラズマＣＶＤ法により半導体層を形成する場合にも、本発明を適用することができる。

また、上記第１実施形態では、排気流抑制板を反応室の内壁面および排気口から約１ｃｍの近傍の領域に配置したが、本発明はこれに限らず、排気流抑制板を反応室の内壁面および排気口から大きく離間するように配置してもよい。たとえば、図１０および図１１に示すように、円筒形状に形成した排気流抑制板２６の直径を上記第１実施形態による排気流抑制板６（図２参照）の直径に比べて小さく形成することにより、排気流抑制板２６を反応室１の内壁面および排気口１ａから大きく離間するように配置することができる。このように構成した場合にも、排気流抑制板２６は、基板保持部２およびガス供給部３の周囲を取り囲むように配置されているので、排気流抑制板２６は防着板としての機能を有する。これにより、排気流抑制板２６により反応室１の内壁面に成膜種が到達するのを抑制することができるので、反応室１の内壁面に生成物が付着するのを抑制することができる。ただし、排気口１ａから排気流抑制板２６を大きく離間させるにつれて、排気流抑制板２６の排気口１ａへの排気の流れを抑制する効果は小さくなるので、排気流抑制板２６と排気口１ａとの間の距離は小さいほうが好ましい。

また、上記第１実施形態では、排気流抑制板を基板保持部、触媒体およびガス供給部の周囲を取り囲むように配置したが、本発明はこれに限らず、排気流抑制板を排気口の近傍の領域のみに配置するようにしてもよい。たとえば、図１２および図１３に示すように、排気口１ａの幅よりも若干大きな幅を有するように排気流抑制板３６を形成するとともに、その排気流抑制板３６を下端部に設けた脚部３６ａにより排気口１ａから約１ｃｍの間隔を隔てた位置に設置してもよい。このように構成した場合にも、排気流抑制板３６により反応室１内から排気口１ａへの排気の流れを抑制することができるので、成膜種の流れが排気口１ａ側に引っ張られるのを抑制することができる。これにより、基板２００上に形成する半導体層の膜厚の均一性を向上させることができる。

また、上記実施形態では、反応室の側面に排気口を設けた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、反応室の側面以外の領域に排気口を設けた場合にも、本発明を適用することができる。たとえば、反応室の上面または下面のガス供給部の中心と基板の中心とを結ぶ直線に対して偏った位置に排気口を設けた場合にも、本発明を適用することができる。すなわち、反応室の上面または下面に設けた排気口の近傍に排気流抑制部材を設ければ、成膜種の流れが排気口側に引っ張られて偏るのを抑制することができるので、基板上に形成する半導体層の膜厚の均一性を向上させることができる。

また、上記実施形態では、ステンレス板を円筒形状に丸めることにより排気流抑制板を形成したが、本発明はこれに限らず、上記以外の種々の構成により排気流抑制板を形成してもよい。たとえば、排気流抑制板の排気口と反対側の領域に穴を形成したり、排気流抑制板の排気口と反対側の領域をメッシュ形状に形成してもよい。

また、上記実施形態では、反応室に排気口を１箇所のみ設けた例について説明したが、本発明はこれに限らず、反応室に複数の排気口を設けた場合にも、本発明を適用することができる。

本発明の第１実施形態による半導体製造装置の構成を示した縦断面図である。図１に示した第１実施形態による半導体製造装置の横断面図である。実施例１および比較例１による試料の構成を示した上面図である。図３に示した試料の３００−３００線に沿った断面図である。実施例１による試料の微結晶シリコン層の膜厚の測定結果を示した図である。比較例１による試料の微結晶シリコン層の膜厚の測定結果を示した図である。本発明の第１実施形態による半導体製造装置を用いて作製した光起電力装置の構造を示した断面図である。本発明の第２実施形態による半導体製造装置の構成を示した縦断面図である。図８に示した第２実施形態による半導体製造装置の横断面図である。本発明の第１実施形態の第１の変形例による半導体製造装置の構成を示した縦断面図である。図１０に示した第１実施形態の第１の変形例による半導体製造装置の横断面図である。本発明の第１実施形態の第２の変形例による半導体製造装置の構成を示した縦断面図である。図１２に示した第１実施形態の第２の変形例による半導体製造装置の横断面図である。従来の一例による半導体製造装置の構成を示した縦断面図である。図１４に示した従来の一例による半導体製造装置の横断面図である。

符号の説明

１反応室
１ａ排気口
２基板保持部
３ガス供給部（ガス供給源）
４触媒体
５排気部（排気系）
５ａ排気経路部
６、２６、３６排気流抑制板（排気流抑制部材）
１６排気流抑制バルブ（バルブ、排気流抑制部材）

Claims

排気口を有する反応室と、
前記反応室内に設けられ、基板を保持するための基板保持部と、
前記反応室内に設けられ、前記基板上に半導体層を形成するための原料ガスを供給するガス供給源と、
前記排気口に接続され、前記反応室内から排気を行うための排気系と、
少なくとも前記排気口の近傍に設けられ、前記反応室内から前記排気口への排気の流れを抑制するための排気流抑制部材とを備えた、半導体製造装置。
前記半導体層は、触媒ＣＶＤ法により形成される、請求項１に記載の半導体製造装置。
前記排気流抑制部材は、前記反応室内から前記排気口への排気の流れを抑制する機能に加えて、前記反応室の内壁面に前記原料ガスによる生成物が付着するのを抑制する防着板としての機能も有する、請求項１または２に記載の半導体製造装置。
前記排気流抑制部材は、前記基板保持部および前記ガス供給源の周囲を取り囲むように配置されている、請求項３に記載の半導体製造装置。
前記排気流抑制部材は、前記反応室内から前記排気口への排気の流れを抑制する機能に加えて、前記反応室内の圧力を調整する機能も有するバルブを含む、請求項１または２に記載の半導体製造装置。
前記排気口は、前記ガス供給源の中心と前記基板の中心とを結ぶ直線に対して偏った位置に配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
前記反応室内への前記原料ガスの吹き出し方向と、前記反応室の排気口からの排気方向とは、交差するように構成されている、請求項６に記載の半導体製造装置。
排気口を有する反応室と、
前記反応室内に設けられ、基板を保持するための基板保持部と、
前記反応室内に設けられ、前記基板上に半導体層を形成するための原料ガスを供給するガス供給源と、
前記排気口に接続され、前記反応室内から排気を行うための排気系と、
前記基板保持部および前記ガス供給源の周囲を取り囲むように配置され、前記反応室内から前記排気口への排気の流れを抑制するための排気流抑制部材とを備えた、半導体製造装置。
請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体製造装置により形成された実質的に真性な光電変換層を備える光起電力装置。