JP2008004815A - Plasma processing method and photoelectric conversion element fabricated using the method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ処理方法およびその方法を用いて製造された光電変換素子に関するものであり、より詳しくは、同一のプラズマ反応室内において少なくとも2つのプラズマ処理工程を行うプラズマ処理方法およびその方法を用いて製造された光電変換素子に関するものである。 The present invention relates to a plasma processing method and a photoelectric conversion element manufactured using the method, and more specifically, a plasma processing method and a method for performing at least two plasma processing steps in the same plasma reaction chamber. It is related with the photoelectric conversion element manufactured in this way.
従来、半導体薄膜層を成膜するプラズマCVD装置として、複数のプラズマ反応室(チャンバとも呼ばれる、以下同じ)を直線状に連結したインライン方式、または中央に中間室を設け、その周りに複数のプラズマ反応室を配置するマルチチャンバ方式が採用されている。しかし、インライン方式では、基板搬送の動線が直線状であるため、部分的にメンテナンスの必要が生じた場合でも、装置全体を停止させなければならない。 Conventionally, as a plasma CVD apparatus for forming a semiconductor thin film layer, an in-line method in which a plurality of plasma reaction chambers (also referred to as chambers, hereinafter the same) are connected in a straight line, or an intermediate chamber in the center, and a plurality of plasmas around the plasma chamber are provided. A multi-chamber system in which reaction chambers are arranged is employed. However, in the in-line method, since the flow line for substrate conveyance is linear, the entire apparatus must be stopped even when maintenance is partially required.
一方、マルチチャンバ方式は、成膜されるべき基板が中間室を経由して各プラズマ反応室に移動させられる方式であり、それぞれのプラズマ反応室と中間室との間に気密を維持し得る可動仕切りが設けられているため、ある1つのプラズマ反応室に不都合が生じた場合でも、他のプラズマ反応室は使用可能であり、生産が全体的に停止させられるということはない。しかし、このマルチチャンバ方式の生産装置では、中間室を介した基板の動線が複数あり、中間室の機械的な構造が複雑になることは避けられない。たとえば、中間室と各プラズマ反応室との間の気密性を維持しつつ基板を移動させる機構が複雑であって高価になる。また、中間室の周りに配置されるプラズマ反応室の数が空間的に制限されるという問題もある。 On the other hand, the multi-chamber method is a method in which a substrate to be deposited is moved to each plasma reaction chamber via an intermediate chamber, and is movable so that airtightness can be maintained between each plasma reaction chamber and the intermediate chamber. Since the partition is provided, even if a problem occurs in one plasma reaction chamber, the other plasma reaction chamber can be used, and the production is not completely stopped. However, in this multi-chamber type production apparatus, there are a plurality of flow lines of the substrate through the intermediate chamber, and it is inevitable that the mechanical structure of the intermediate chamber becomes complicated. For example, a mechanism for moving the substrate while maintaining airtightness between the intermediate chamber and each plasma reaction chamber is complicated and expensive. There is also a problem that the number of plasma reaction chambers arranged around the intermediate chamber is spatially limited.
このような問題点を鑑みて、特許文献1には、p型半導体層、i型結晶性シリコン系光電変換層およびn型半導体層が、同一のプラズマCVDプラズマ反応室内で順に引続いて成膜され、かつp型半導体層は、プラズマ反応室内の圧力が5Torr(667Pa)以上の条件で成膜されることを特徴とするシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法が提案されている。この方法によれば、良好な性能および品質を有する光電変換装置を簡易な装置により低コストかつ高効率で製造できるとされている。 In view of such problems, Patent Document 1 discloses that a p-type semiconductor layer, an i-type crystalline silicon-based photoelectric conversion layer, and an n-type semiconductor layer are successively formed in the same plasma CVD plasma reaction chamber. In addition, a method for manufacturing a silicon-based thin film photoelectric conversion device is proposed in which the p-type semiconductor layer is formed under the condition that the pressure in the plasma reaction chamber is 5 Torr (667 Pa) or more. According to this method, it is said that a photoelectric conversion device having good performance and quality can be manufactured with a simple device at low cost and high efficiency.
このように、プラズマCVD装置の効率的利用による装置コスト低減のため、同一プラズマ反応室内において異なった成膜工程を実施する試みがなされている。
しかしながら、同一のプラズマ反応室内において、異なる処理条件のプラズマCVD工程を2工程以上行う場合またはプラズマCVD工程およびプラズマエッチング工程を行う場合等の異なった処理条件のプラズマ処理工程を2工程以上行う場合には以下のような問題が生じる。 However, when two or more plasma CVD processes with different processing conditions are performed in the same plasma reaction chamber, or when two or more plasma processing processes with different processing conditions are performed, such as when performing a plasma CVD process and a plasma etching process. Causes the following problems.
薄膜の成膜、エッチングにおいては、平行平板電極を用いたプラズマCVD装置、又はエッチング装置が一般的に使用されている。この装置において、平行平板間にグロー放電が起こる電圧(放電開始電圧)は、パッシェンの法則に従い、平行平板電極間距離d(m)とガス圧力p(Torr)の積の関数であらわされる。放電開始電圧とpd積の関係は気体の種類により異なるが、pd積が10-2〜10-1の時に放電開始電圧が最低値となる。火花放電は、電界で加速された電子が気体分子と衝突し、気体を電離させることによっておこるため、気体が少なくなると衝突が起こり難くなり、逆に気体が多くなると電子が衝突までに充分加速され難くなるので、ガス圧に対して最低値を有することとなる。 In thin film formation and etching, a plasma CVD apparatus using parallel plate electrodes or an etching apparatus is generally used. In this apparatus, the voltage at which glow discharge occurs between parallel plates (discharge start voltage) is expressed as a function of the product of the distance d (m) between parallel plate electrodes and the gas pressure p (Torr) according to Paschen's law. Although the relationship between the discharge start voltage and the pd product varies depending on the type of gas, the discharge start voltage becomes the lowest value when the pd product is 10 −2 to 10 −1 . Spark discharge occurs when electrons accelerated by an electric field collide with gas molecules and ionize the gas, so collisions are unlikely to occur when the amount of gas decreases, and conversely when electrons increase, the electrons are sufficiently accelerated before the collision. Since it becomes difficult, it has the lowest value for the gas pressure.
ここで、電極間距離dがほぼ一定である同一のプラズマ反応室内において、ガス圧力およびガス種類が異なる工程を行う場合、一方の条件において放電開始電圧が最小となるように電極間距離dを設定すると、他方の処理条件においては放電開始電圧が大きくなってしまい、プラズマ発生のためにより大きな電圧印加が必要となる。印加電圧の大きさが不足している場合には、プラズマが発生しないか発生しても均一なプラズマを維持できない。 Here, in the same plasma reaction chamber where the interelectrode distance d is substantially constant, when performing processes with different gas pressures and gas types, the interelectrode distance d is set so that the discharge start voltage is minimized under one condition. Then, the discharge start voltage increases under the other processing condition, and a larger voltage needs to be applied to generate plasma. When the magnitude of the applied voltage is insufficient, plasma is not generated or even if it is generated, uniform plasma cannot be maintained.
また、電極間距離dが調整できる構造としても、その可動範囲が制限され、各プラズマ処理工程毎の放電開始電圧の最小化または各プラズマ処理工程毎に放電開始電圧を略同一にすることが可能であるとは限らず、各プラズマ処理工程毎に放電開始電圧が異なるといった場合がある。 In addition, the structure in which the inter-electrode distance d can be adjusted is limited in its movable range, and it is possible to minimize the discharge start voltage for each plasma processing step or make the discharge start voltage substantially the same for each plasma processing step. However, the discharge start voltage may be different for each plasma processing step.
すなわち、異なった処理条件のプラズマ処理工程を同一のプラズマ反応室で行う場合、それぞれの工程の使用ガス又はガス圧力が異なるため、一方の工程において放電開始電圧が大きくなり、当該工程においては均一なプラズマの発生および維持のために大きな電圧を印加することが必要となる。 That is, when plasma processing steps with different processing conditions are performed in the same plasma reaction chamber, the gas used in each step or the gas pressure is different, so that the discharge starting voltage increases in one step and is uniform in that step. It is necessary to apply a large voltage to generate and maintain the plasma.
そこで、電極間に大きな電圧を印加すると均一なプラズマを電極間に発生および維持させることはできるが、電極間に過大な電力量を投入することとなり、ガス分解に使用される電力量が増大するため、プラズマ処理速度が上昇し、その処理量の制御が難しくなるといった問題が生じる。 Therefore, when a large voltage is applied between the electrodes, a uniform plasma can be generated and maintained between the electrodes, but an excessive amount of power is input between the electrodes, and the amount of power used for gas decomposition increases. For this reason, there arises a problem that the plasma processing speed is increased and it becomes difficult to control the processing amount.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、プラズマ発生電圧(放電開始電圧)が異なる少なくとも2工程のプラズマ処理工程を同一のプラズマ反応室内で行う場合に、両工程において均一なプラズマを電極間に発生および維持し、かつ、電極間に投入される電力量を低減しプラズマ処理速度を低下させ処理量の制御を容易にするプラズマ処理方法およびその方法を用いて製造された光電変換素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and in the case where at least two plasma processing steps having different plasma generation voltages (discharge start voltages) are performed in the same plasma reaction chamber, uniform plasma is obtained in both steps. Is generated and maintained between the electrodes, and the amount of electric power supplied between the electrodes is reduced, the plasma processing speed is reduced, and the processing amount is easily controlled, and the photoelectric conversion manufactured using the method An object is to provide an element.
本発明は、同一のプラズマ反応室内で少なくとも2のプラズマ処理工程を行うプラズマ処理方法であって、
プラズマ処理用の電源としてCW交流電力を用いる第1のプラズマ処理工程と、
プラズマ処理用の電源としてパルス変調された交流電力を用い、第1のプラズマ処理工程より放電開始電圧が高い第2のプラズマ処理工程と、
前記第1のプラズマ処理工程と前記第2のプラズマ処理工程を適宜切換える切換工程と、
を有するプラズマ処理方法である。
The present invention is a plasma processing method for performing at least two plasma processing steps in the same plasma reaction chamber,
A first plasma processing step using CW AC power as a power source for plasma processing;
Using a pulse-modulated AC power as a power source for plasma processing, a second plasma processing step having a higher discharge start voltage than the first plasma processing step;
A switching step of appropriately switching between the first plasma processing step and the second plasma processing step;
Is a plasma processing method.
本方法によれば、少なくとも2のプラズマ処理工程を同一のプラズマ反応室内において行う場合に、放電開始電圧が低いプラズマ処理工程においてはCW交流電力をプラズマ処理用の電力として用い、放電開始電圧が高いプラズマ処理工程においてはパルス変調された交流電力をプラズマ処理用の電力として用いることにより、放電開始電圧が高いプラズマ処理工程においても、電極間に均一なプラズマを発生および維持させ、かつ、電極間に投入される電力量を低減しプラズマ処理速度を低下させ処理量の制御を容易にすることができる。 According to this method, when performing at least two plasma processing steps in the same plasma reaction chamber, the CW AC power is used as the plasma processing power in the plasma processing step where the discharge starting voltage is low, and the discharge starting voltage is high. In the plasma processing step, pulse-modulated AC power is used as power for plasma processing, so that even in a plasma processing step with a high discharge starting voltage, uniform plasma is generated and maintained between the electrodes, and between the electrodes. The amount of power input can be reduced, the plasma processing speed can be reduced, and the processing amount can be easily controlled.
さらに、本発明は、前記第1のプラズマ処理工程および前記第2のプラズマ処理工程は、前記プラズマ反応室内に設置されたカソード・アノード電極対の電極間距離が同一の構成で行われるプラズマ処理方法である。 Furthermore, the present invention provides the plasma processing method in which the first plasma processing step and the second plasma processing step are performed with the same electrode-to-electrode distance between the cathode / anode electrode pair installed in the plasma reaction chamber. It is.
さらに、本発明は、前記プラズマ反応室内のガス圧力は、前記第1のプラズマ処理工程と前記第2のプラズマ処理工程の間で異なるプラズマ処理方法である。 Further, the present invention is the plasma processing method, wherein the gas pressure in the plasma reaction chamber is different between the first plasma processing step and the second plasma processing step.
さらに、本発明は、前記第1のプラズマ処理工程で前記プラズマ反応室内に導入され分解されるガスは、前記第2のプラズマ処理工程で前記プラズマ反応室内に導入され分解されるガスより印加電圧により電離され易いプラズマ処理方法である。 Further, according to the present invention, the gas introduced into the plasma reaction chamber and decomposed in the first plasma processing step is more dependent on the applied voltage than the gas introduced into the plasma reaction chamber and decomposed in the second plasma processing step. This is a plasma treatment method that is easily ionized.
さらに、本発明は、前記第1のプラズマ処理工程はプラズマCVD法による成膜工程であり、前記第2のプラズマ処理工程はプラズマエッチング処理を行う工程であるプラズマ処理方法である。 Furthermore, the present invention is the plasma processing method, wherein the first plasma processing step is a film forming step by a plasma CVD method, and the second plasma processing step is a step of performing a plasma etching process.
さらに、本発明は、前記プラズマエッチング処理は、前記第1のプラズマ処理工程において前記プラズマ反応室内に付着した膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法である。 Further, the present invention is the plasma processing method, wherein the plasma etching processing is performed by plasma etching the film attached in the plasma reaction chamber in the first plasma processing step.
さらに、本発明は、前記第1のプラズマ処理工程は、光電変換素子の半導体層の少なくとも1層をプラズマCVD法により成膜する工程であるプラズマ処理方法である。 Furthermore, the present invention is the plasma processing method, wherein the first plasma processing step is a step of forming a film of at least one semiconductor layer of the photoelectric conversion element by a plasma CVD method.
さらに、本発明は、前記第1のプラズマ処理工程および前記第2のプラズマ処理工程は、プラズマCVD法により半導体膜を成膜する工程であるプラズマ処理方法である。 Furthermore, the present invention is the plasma processing method, wherein the first plasma processing step and the second plasma processing step are steps of forming a semiconductor film by a plasma CVD method.
さらに、本発明は、前記第1のプラズマ処理工程のプラズマCVD法により結晶性シリコン系半導体層を成膜し、前記第2のプラズマ処理工程のプラズマCVD法により非晶質シリコン系半導体層を成膜し、さらに当該結晶性シリコン半導体層及び当該非晶質シリコン半導体層の成膜の後、前記第2のプラズマ処理工程により、前記プラズマ反応室内に付着した膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法である。 Further, according to the present invention, a crystalline silicon based semiconductor layer is formed by the plasma CVD method in the first plasma processing step, and an amorphous silicon based semiconductor layer is formed by the plasma CVD method in the second plasma processing step. And a plasma processing method of performing plasma etching on the film deposited in the plasma reaction chamber by the second plasma processing step after forming the crystalline silicon semiconductor layer and the amorphous silicon semiconductor layer. .
さらにまた、本発明は、前記プラズマ処理方法を用いて製造された光電変換素子である。 Furthermore, the present invention is a photoelectric conversion element manufactured using the plasma processing method.
本発明は、同一のプラズマ反応室内で少なくとも2のプラズマ処理工程を行うプラズマ処理方法であって、プラズマ処理用の電源としてCW交流電力を用いる第1のプラズマ処理工程と、プラズマ処理用の電源としてパルス変調された交流電力を用い、第1のプラズマ処理工程より放電開始電圧が高い第2のプラズマ処理工程と、前記第1のプラズマ処理工程と前記第2のプラズマ処理工程を適宜切換える切換工程と、を有するプラズマ処理方法である。 The present invention is a plasma processing method in which at least two plasma processing steps are performed in the same plasma reaction chamber, and includes a first plasma processing step using CW AC power as a power source for plasma processing, and a power source for plasma processing. Using a pulse-modulated AC power, a second plasma processing step having a higher discharge starting voltage than the first plasma processing step, and a switching step for switching between the first plasma processing step and the second plasma processing step as appropriate; The plasma processing method which has these.
本方法によれば、放電開始電圧の異なる少なくとも2のプラズマ処理工程を同一のプラズマ反応室内において行う場合に、放電開始電圧が低い第1のプラズマ処理工程においてはCW交流電力をプラズマ処理用の電力として用い、放電開始電圧が高い第2のプラズマ処理工程においてはパルス変調された交流電力をプラズマ処理用の電力として用いることにより、放電開始電圧が高い第2のプラズマ処理工程においても、カソード・アノード電極間に大きな電圧を印加できると同時に投入電力の時間平均を低減することができるため、電極間に均一なプラズマを発生および維持させ、かつ、プラズマ処理速度を低減し、その処理量の制御を容易とすることができる。 According to this method, when at least two plasma processing steps having different discharge start voltages are performed in the same plasma reaction chamber, the CW AC power is used as power for plasma processing in the first plasma processing step having a low discharge start voltage. In the second plasma processing step where the discharge starting voltage is high, pulse-modulated AC power is used as the power for plasma processing, so that the cathode and anode are also used in the second plasma processing step where the discharge starting voltage is high. A large voltage can be applied between the electrodes, and at the same time the time average of the input power can be reduced, so that a uniform plasma is generated and maintained between the electrodes, the plasma processing speed is reduced, and the processing amount can be controlled. Can be easy.
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明のプラズマ処理方法が実施されるプラズマ処理装置の概略断面図である。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view of a plasma processing apparatus in which the plasma processing method of the present invention is implemented.
図1のプラズマ処理装置は、密閉可能なプラズマ反応室101内に、カソード電極102・アノード電極103対が設置された平行平板型の電極構造を有するプラズマCVD法による半導体層成膜装置である。カソード電極102とアノード電極103の電極間距離は、所望の処理条件に従って決定され、数mmから数十mm程度とされのが一般的である。プラズマ反応室101外には、カソード電極102に電力を供給する電力供給手段108と、電力供給手段108とカソード電極102・アノード電極103対の間のインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路105が設置されている。
The plasma processing apparatus of FIG. 1 is a semiconductor layer deposition apparatus by a plasma CVD method having a parallel plate type electrode structure in which a
電力供給手段108は、電力導入線106aの一端に接続され、他端は、インピーダンス整合回路105に接続されている。インピーダンス整合回路105には電力導入線106bの一端が接続され、他端は、カソード電極102に接続されている。
The power supply means 108 is connected to one end of the
電力供給手段108は、CW(連続波形)交流出力とパルス変調(オンオフ制御)された交流出力が可能であれば良く、通常、交流電源と変調回路により構成される。出力される交流電力の周波数は、13、56MHzが一般的であるが、これに限られるものではなく、数kHzからVHF帯、さらにマイクロ波帯の周波数を使用しても良い。また、パルス変調時のオン時間・オフ時間は任意に設定可能であり、数μ秒から数m秒程度の範囲で設定される。 The power supply means 108 only needs to be capable of CW (continuous waveform) AC output and pulse-modulated (on / off control) AC output, and is usually composed of an AC power source and a modulation circuit. The frequency of the output AC power is generally 13 or 56 MHz, but is not limited to this, and frequencies in the range of several kHz to VHF band or microwave band may be used. Further, the ON time / OFF time at the time of pulse modulation can be arbitrarily set, and is set in the range of several μs to several milliseconds.
一方、アノード電極103は電気的に接地されており、アノード電極103上には、ワーク107が載置される。
On the other hand, the
ワーク107は、カソード電極102上に載置されても良いが、プラズマ中のイオンダメージによる膜質低下を低減するためアノード電極103上に設置されることが一般的である。
The
プラズマ反応室101には、ガス導入口110が設けられている。ガス導入口110からは、希釈ガス、材料ガス、ドーピングガス等のガス118が導入される。
A
また、プラズマ反応室101には、真空ポンプ116と圧力調整用バルブ117が直列に接続され、プラズマ反応室101内のガス圧力が略一定に保たれる。
In addition, a
(実施形態1)
本実施形態に係るプラズマ処理方法は、プラズマCVD法によりワーク107上に薄膜を成膜するプラズマCVD工程(第1のプラズマ処理工程を含む工程)と、別のワーク107をエッチング処理するプラズマエッチング工程(第2のプラズマ処理工程)を同一プラズマ反応室101内において行うものである。
(Embodiment 1)
The plasma processing method according to the present embodiment includes a plasma CVD process (including a first plasma processing process) for forming a thin film on the
プラズマCVD工程は、CW交流電力を用いる第1のプラズマ処理工程を少なくとも1工程含むものであれば良く、パルス変調された交流電力を用いるプラズマCVD工程を含んでいても良い。プラズマCVD工程は、単層の膜を成膜する工程でも良く、複数層の膜を成膜する工程であっても良い。本実施形態においては、プラズマCVD工程により複数層の膜を成膜した。 The plasma CVD process only needs to include at least one first plasma processing process using CW AC power, and may include a plasma CVD process using pulse-modulated AC power. The plasma CVD process may be a process for forming a single-layer film or a process for forming a multi-layer film. In this embodiment, a plurality of layers of films are formed by a plasma CVD process.
一方、プラズマエッチング工程は、第1のプラズマ処理工程より放電開始電圧が高く、パルス変調された交流電力を用いてプラズマエッチングを行う工程である。 On the other hand, the plasma etching step is a step of performing plasma etching using pulse-modulated AC power having a higher discharge starting voltage than the first plasma processing step.
以下に本実施形態について詳述する。
プラズマCVD工程としては、例えば、材料ガスとしてH2ガスで希釈されたSiH4ガス、ドーピングガスとしてB2H6、PH3を用い、pin構造を有するシリコン系薄膜光電変換素子の半導体層成膜工程が挙げられる。本プラズマCVD工程に含まれる第1のプラズマ処理工程においては、プラズマ反応室101内の圧力は圧力調整用バルブ117により一定値(例えば約500Pa)に調節され、カソード電極102には電力供給手段108から出力されたCW交流電力が投入される。ここで、カソード電極102、アノード電極103の電極間距離は数mmから数十mm程度とされる。この電極間距離は、所望の成膜条件により決定される。この工程によって、ワーク107にシリコン系薄膜が成膜される。
This embodiment will be described in detail below.
Examples of the plasma CVD process include a process for forming a semiconductor layer of a silicon-based thin film photoelectric conversion element having a pin structure using SiH4 gas diluted with H2 gas as a material gas and B2H6 and PH3 as doping gases. In the first plasma processing step included in this plasma CVD step, the pressure in the
一方、プラズマエッチング工程においては、ワーク107をして、部分的にマスキングされたシリコン基板をセットし、エッチングガスとして例えば数倍の流量のArガスで希釈されたNF3ガスを使用する。本工程において、プラズマ反応室101内の圧力は一定値(例えば約500Pa)に調節され、カソード電極102には電力供給手段108から出力されたパルス変調された交流電力が投入される。エッチングガスとしては、NF3ガス以外にCF4ガス等のフッ素系エッチングガスをArガス等の不活性ガスにより希釈したものを用いることができる。この工程により、マスキングされていない部分のシリコン基板表面に所望のエッチング処理を施すことができる。
On the other hand, in the plasma etching process, a partially masked silicon substrate is set as the
上記プラズマCVD工程およびプラズマエッチング工程は同一プラズマ反応室101において実施され、両工程において、カソード電極102・アノード電極103の電極間距離は一定とし、設定ガス圧力も略同一とした。この場合、前述したpd積は各工程において略一定であるが、プラズマエッチング工程で使用するNF3ガス、Arガスの混合ガスは、プラズマCVD工程で使用するSiH4ガス、H2ガスの混合ガスと比較して電離し難いため、プラズマエッチング工程における放電開始電圧がプラズマCVD工程の場合より大きくなる。したがって、プラズマエッチング工程において電極間に均一なプラズマを発生および維持させるためには、より大きな電圧を印加する必要がある。この工程においてCW交流電力を使用した場合には、プラズマを発生および維持させる際に投入される電力量が過大となり、カソード電極102・アノード電極103の電極間以外の絶縁部分にプラズマが発生し、その部分に損傷を与える可能性がある。
The plasma CVD process and the plasma etching process were performed in the same
本実施形態では、プラズマエッチング工程において、カソード電極102にパルス変調された交流電力を投入しているため、カソード電極102・アノード電極103間に大きな電圧を印加し均一なプラズマを容易に発生させることができ、かつ、パルスのデューティー比を調整することにより、投入電力量を小さく抑えることができる。これにより、エッチング速度を低減し、エッチング速度の制御を容易にすることができ、また、装置損傷を防止することが可能となる。
In this embodiment, since the pulse-modulated AC power is input to the
本発明の実施形態は、これに限られるものではなく、プラズマエッチング工程とこの工程より放電開始電圧が小さな第1のプラズマ処理工程を有するプラズマCVD工程を含んでいれば良い。通常、プラズマCVD工程で使用されるガスはプラズマエッチング工程で使用されるガスと異なるものであり、両工程における放電開始電圧に差異が生じるため、本発明のプラズマ処理方法が適用できる。また、各工程におけるプラズマ反応室101内の設定圧力条件が異なる場合にも、放電開始電圧の差が大きくなることが考えられ、本発明のプラズマ処理方法が有効である。
The embodiment of the present invention is not limited to this, and may include a plasma CVD process including a plasma etching process and a first plasma processing process having a discharge start voltage smaller than that of this process. Usually, the gas used in the plasma CVD process is different from the gas used in the plasma etching process, and a difference occurs in the discharge start voltage in both processes, so the plasma processing method of the present invention can be applied. In addition, even when the set pressure conditions in the
(実施形態2)
本実施形態は、放電開始電圧の異なる少なくとも2のプラズマCVD工程が同一のプラズマ反応室101内で実施されるものであり、一例として、シリコン系薄膜光電変換素子の半導体層を成膜する工程を以下に記載する。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, at least two plasma CVD processes having different discharge start voltages are performed in the same
本実施形態が行われるプラズマ処理装置は、図1と同様である。図1のプラズマ処理装置において、アノード電極103上には、ワーク107として透明導電膜202が成膜された透明基板201が載置されている。透明基板201は、カソード電極102上に設置されていても良いが、プラズマ中のイオンダメージによる膜質低下を低減するためアノード電極103上に設置されることが一般的である。
The plasma processing apparatus in which this embodiment is performed is the same as that in FIG. In the plasma processing apparatus of FIG. 1, a
ガス導入口110からは、希釈ガス、材料ガス、ドーピングガスが導入される。希釈ガスとしては水素ガスを含むガス、材料ガスとしてはシラン系ガス、メタンガス、ゲルマンガス等、p型不純物ドーピングガスとしてはジボランガス等、n型不純物ドーピングガスとしてはホスフィンガス等が使用される。
Dilution gas, material gas, and doping gas are introduced from the
図2は、本実施形態に係るシリコン系薄膜光電変換素子の概略断面図である。基板201上に第一電極202が成膜され、第一電極202上に、第一p型半導体層211、i型非晶質シリコン系光電変換層212、第一n型半導体層213が順次積層され、第一pin構造積層体214が成膜される。続いて、第二p型半導体層221、i型結晶質シリコン系光電変換層222および第二n型半導体層223が順次積層され、第二pin構造積層体224が成膜される。第一pin構造積層体214および第二pin構造積層体224により二重pin構造積層体230が構成され、二重pin構造積層体230上には第二電極203が成膜され、シリコン系薄膜光電変換素子206が完成する。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the silicon-based thin film photoelectric conversion element according to this embodiment. A
基板201としては、プラズマCVD成膜プロセスにおける耐熱性および透光性を有するガラス基板、ポリイミド等の樹脂基板が一般的に使用される。本実施形態においては、基板201としてガラス基板を使用した。
As the
第一電極202としては、SnO2、ITO、ZnOなどの透明導電膜が使用される。これらは、CVD、スパッタ、蒸着等の方法により成膜することが一般的である。本実施形態においては、第一電極202として、SnO2を使用した。
As the
二重pin構造積層体230は、同一のプラズマ反応室101内においてプラズマCVD法により成膜される。本実施形態においては、基板201からp型、i型、n型の半導体を順に二重に積層した二重pin構造とした。
The double
本実施形態においては、第一p型半導体層211をボロンドーピングしたp型非晶質シリコンカーバイド半導体層とし、i型非晶質シリコン系光電変換層212をi型非晶質シリコン半導体層とし、第一n型半導体層213をリンドーピングしたn型結晶質シリコン半導体層とした。シリコン系半導体層としては、シリコン、シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウム等が一般的に用いられ、導電型半導体層のドーピング材料としては、p型にはボロン、アルミニウム等、n型にはリン等が用いられることが一般的である。
In the present embodiment, the first p-
第二電極203としては、銀,アルミニウム等の金属やSnO2、ITO、ZnOなどの透明導電膜あるいはこれらを積層したものが使用される。これらは、CVD、スパッタ、蒸着等の方法により成膜することが一般的である。本実施形態においては、第二電極203として、ZnOと銀をこの順に積層した。
As the
以下に二重pin構造積層体230の成膜方法について詳述する。
二重pin構造積層体230は、同一のプラズマ反応室101内においてプラズマCVD法により成膜される。
Hereinafter, a film forming method of the double
The double
第一p型半導体層211であるp型非晶質シリコンカーバイド半導体層は、以下の成膜条件において成膜することができる。成膜時のプラズマ反応室101内の圧力は、200Pa以上3000Paであることが望ましく、本実施形態では400Paとした。また、基板201の下地温度は、250℃以下の条件とすることが望ましく、本実施形態では180℃とした。また、カソード電極102に投入されるプラズマ処理用の電力とし、パルス変調された周波数13.56MHzの交流電力を使用した。カソード電極102単位面積あたりの電力密度は0.01W/cm2以上0.3W/cm2以下とすることが望ましく、本実施形態では0.1W/cm2とした。パルス変調時のオン時間・オフ時間は所望の成膜速度に応じて設定可能であり、通常数μ秒から数m秒程度の範囲で設定される。本実施形態では、オン時間を50μs、オフ時間を100μsとした。
The p-type amorphous silicon carbide semiconductor layer that is the first p-
プラズマ反応室101内に導入される混合ガスは、シランガス、水素ガス、メタンガスおよびジボランガスを含むものを使用する。プラズマ反応室101内に導入する原料ガスは、シラン系ガスと、水素ガスを含有する希釈ガスとを含むことが好ましく、さらに、メタンあるいはトリメチルジボランを含むものであれば良い。シランガスに対する水素ガスの流量は、数倍から数十倍程度が望ましく、本実施形態では10倍とした。
As the mixed gas introduced into the
第一p型半導体層211の膜厚は、i型非晶質シリコン系光電変換層212に十分な内部電界を与えるため2nm以上が望ましく、非活性層である第一p型半導体層211の光吸収量を抑えi型非晶質シリコン系光電変換層212へ到達する光を増大するため、できる限り薄いことが望ましく、通常50nm以下とされる。本実施形態では、第一p型半導体層211の膜厚を20nmとした。
The film thickness of the first p-
i型非晶質シリコン系光電変換層212であるi型非晶質シリコン半導体層は、以下の成膜条件において成膜することができる。成膜時のプラズマ反応室101内の圧力は、200Pa以上3000Paであることが望ましく、本実施形態では400Paとした。また、基板201の下地温度は、250℃以下の条件とすることが望ましく、本実施形態では180℃とした。また、カソード電極102に投入されるプラズマ処理用の電力とし、周波数13.56MHzのCW交流電力を使用した。カソード電極102単位面積あたりの電力密度は0.01W/cm2以上0.3W/cm2以下とすることが望ましく、本実施形態では0.1W/cm2とした。
The i-type amorphous silicon semiconductor layer that is the i-type amorphous silicon-based
プラズマ反応室101内に導入される混合ガスは、シランガス、水素ガスを含むものを使用する。シランガスに対する水素ガスの流量は、5倍以上20倍以下が好ましく、良好な膜質の非晶質i型光電変換層を成膜することができる。本実施形態では10倍とした。
As the mixed gas introduced into the
i型非晶質シリコン系光電変換層212の膜厚は、光吸収量、光劣化による特性低下を考慮して、0.1μmから0.5μmの値に設定される。本実施形態では、i型非晶質シリコン系光電変換層212の厚さを0.3μmとした。
The film thickness of the i-type amorphous silicon-based
ここで、i型非晶質シリコン系光電変換層212は、その成膜速度が速すぎると膜中の欠陥密度増大等の膜質低下が起こることが一般的に知られており、成膜速度の制御が重要である。本実施形態において、膜厚設定の関係から膜質向上が必要な場合には、成膜速度低下のため、プラズマ処理用にパルス変調された交流電力を使用しても良い。
Here, it is generally known that if the film formation speed of the i-type amorphous silicon-based
第一n型半導体層213であるn型結晶質シリコン半導体層は、以下の成膜条件において成膜することができる。成膜時のプラズマ反応室101内の圧力は、240Pa以上3600Pa以下であることが望ましく、本実施形態では2000Paとした。また、基板201の下地温度は、250℃以下の条件とすることが望ましく、本実施形態では180℃とした。また、カソード電極102に投入されるプラズマ処理用の電力とし、周波数13.56MHzのCW交流電力を使用した。カソード電極102単位面積あたりの電力密度は0.02W/cm2以上0.5W/cm2以下とすることが望ましく、本実施形態では0.3W/cm2とした。
The n-type crystalline silicon semiconductor layer that is the first n-
プラズマ反応室101内に導入される混合ガスは、シランガス、水素ガス、ホスフィンガスを含むものを使用する。シランガスに対する水素ガスの流量は、30倍から数100倍程度が望ましく、本実施形態では100倍とした。
As the mixed gas introduced into the
第一n型半導体層213の膜厚は、i型非晶質シリコン系光電変換層212に十分な内部電界を与えるため2nm以上が好ましく、非活性層である第一n型半導体層213の光吸収量を抑えるためできる限り薄いことが好ましく、通常50nm以下とされる。本実施形態では、第一n型半導体層213の厚さを40nmとした。
The film thickness of the first n-
以上により、第一pin構造積層体214が成膜される。
次に、第二pin構造積層体224の成膜方法について説明する。
Thus, the first
Next, a method for forming the second
第二p型半導体層221であるp型結晶質シリコン半導体層は、以下の成膜条件において成膜することができる。成膜時のプラズマ反応室101内の圧力は、240Pa以上3600Pa以下であることが望ましく、本実施形態では2000Paとした。また、基板201の下地温度は、250℃以下の条件とすることが望ましく、本実施形態では180℃とした。また、カソード電極102に投入されるプラズマ処理用の電力とし、周波数13.56MHzのCW交流電力を使用した。カソード電極102単位面積あたりの電力密度は0.02W/cm2以上0.5W/cm2以下とすることが望ましく、本実施形態では0.3W/cm2とした。
The p-type crystalline silicon semiconductor layer that is the second p-
プラズマ反応室101内に導入される混合ガスは、シランガス、水素ガス、ジボランガスを含むものを使用する。シランガスに対する水素ガスの流量は、30倍から数100倍程度が望ましく、本実施形態では100倍とした。
As the mixed gas introduced into the
第二p型半導体層221の膜厚は、i型結晶質シリコン系光電変換層222に十分な内部電界を与えるため2nm以上が好ましく、非活性層である第二p型半導体層221の光吸収量を抑えi型結晶質シリコン系光電変換層222へ到達する光を増大するため、できる限り薄いことが望ましく、通常50nm以下とされる。本実施形態では、第二p型半導体層221の厚さを40nmとした。
The film thickness of the second p-
第二p型半導体層221は、非晶質および結晶質のシリコンカーバイドまたは非晶質のシリコンゲルマニウムなどの合金材料からなる層で成膜されていてもよい。また、第二p型半導体層221は、異なる複数の薄膜を積層したものでも良い。
The second p-
i型結晶質シリコン系光電変換層222は、以下の成膜条件において成膜することができる。成膜時のプラズマ反応室101内の圧力は、240Pa以上3600Pa以下であることが望ましく、本実施形態では2000Paとした。また、基板201の下地温度は、250℃以下の条件とすることが望ましく、本実施形態では180℃とした。また、カソード電極102に投入されるプラズマ処理用の電力とし、周波数13.56MHzのCW交流電力を使用した。カソード電極102単位面積あたりの電力密度は0.02W/cm2以上0.5W/cm2以下とすることが望ましく、本実施形態では0.3W/cm2とした。
The i-type crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 222 can be formed under the following film formation conditions. The pressure in the
プラズマ反応室101内に導入される混合ガスは、シランガス、水素ガスを含むものを使用する。シランガスに対する水素ガスの流量は、30倍から100倍程度が望ましく、本実施形態では100倍とした。
As the mixed gas introduced into the
i型結晶質シリコン系光電変換層222の厚さは、光電変換層として十分な光吸収量を確保するため0.5μm以上が好ましく、1μm以上がより好ましい。また、i型結晶質シリコン系光電変換層222の厚さは、装置の生産性を確保することが必要であるため20μm以下が好ましく15μm以下がより好ましい。本実施形態では、i型結晶質シリコン系光電変換層222の厚さを2μmとした。 The thickness of the i-type crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 222 is preferably 0.5 μm or more and more preferably 1 μm or more in order to ensure a sufficient amount of light absorption as the photoelectric conversion layer. Further, the thickness of the i-type crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 222 is preferably 20 μm or less and more preferably 15 μm or less because it is necessary to ensure the productivity of the device. In the present embodiment, the i-type crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 222 has a thickness of 2 μm.
なお、本実施形態において、i型結晶質シリコン系光電変換層222として良質な膜をより高い成膜速度で成膜する必要があることから、プラズマ処理装置の構成を本工程の成膜条件に最も適したように設定した。具体的には、カソード電極102・アノード電極103の電極間距離を15mmとし、他の全ての工程において同一の構成とした。
In this embodiment, since a high-quality film needs to be formed at a higher film formation rate as the i-type crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 222, the configuration of the plasma processing apparatus is set as the film formation condition in this step. The setting was most suitable. Specifically, the distance between the
このようにして、ラマン分光法により測定される480nm-1におけるピークに対する520nm-1におけるピークのピーク強度比I520/I480が5以上10以下である十分な結晶化率を有するi型結晶質シリコン系光電変換層222が得られる。また、i型結晶質シリコン系光電変換層222として、i型結晶質シリコン薄膜または微量の不純物を含む弱p型もしくは弱n型で、光電変換機能を十分に備えている結晶質シリコン薄膜が用いられてもよい。さらに、i型結晶質シリコン系光電変換層222は、上記結晶質シリコン薄膜に限定されず、合金材料であるシリコンカーバイドまたはシリコンゲルマニウムなどの薄膜が用いられてもよい。 In this way, i-type crystalline with sufficient crystallization rates peak intensity ratio I 520 / I 480 of the peak is 5 to 10 at 520 nm -1 to a peak at 480 nm -1 as measured by Raman spectroscopy A silicon-based photoelectric conversion layer 222 is obtained. In addition, as the i-type crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 222, an i-type crystalline silicon thin film or a crystalline silicon thin film having a weak p-type or weak n-type containing a small amount of impurities and having a sufficient photoelectric conversion function is used. May be. Furthermore, the i-type crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 222 is not limited to the crystalline silicon thin film, and a thin film such as silicon carbide or silicon germanium that is an alloy material may be used.
第二n型半導体層223であるn型結晶質シリコン半導体層は、以下の成膜条件において成膜することができる。成膜時のプラズマ反応室101内の圧力は、240Pa以上3600Pa以下であることが望ましく、本実施形態では2000Paとした。また、基板201の下地温度は、250℃以下の条件とすることが望ましく、本実施形態では180℃とした。また、カソード電極102に投入されるプラズマ処理用の電力とし、周波数13.56MHzのCW交流電力を使用した。カソード電極102単位面積あたりの電力密度は0.02W/cm2以上0.5W/cm2以下とすることが望ましく、本実施形態では0.3W/cm2とした。
The n-type crystalline silicon semiconductor layer that is the second n-
プラズマ反応室101内に導入される混合ガスは、シランガス、水素ガス、ホスフィンガスを含むものを使用する。シランガスに対する水素ガスの流量は、30倍から数100倍程度が望ましく、本実施形態では100倍とした。
As the mixed gas introduced into the
第二n型半導体層223の膜厚は、i型結晶質シリコン系光電変換層222に十分な内部電界を与えるため2nm以上が好ましく、非活性層である第二n型半導体層223の光吸収量を抑えるためできる限り薄いことが好ましく、通常50nm以下とされる。本実施形態では、第二n型半導体層223の厚さを40nmとした。
The film thickness of the second n-
第二のn型半導体層223は、結晶質のシリコンカーバイドまたはシリコンゲルマニウムなどの合金材料で成膜されていてもよい。
The second n-
以上のようにして、第一pin構造積層体214および第二pin構造積層体224を同一のプラズマ反応室101内において連続して成膜する。
As described above, the first pin structure stacked
この後、ZnOなどの導電膜とアルミニウム、銀などの金属膜をスパッタ法や蒸着法などにより成膜し第二電極203を成膜することにより、シリコン系薄膜光電変換素子206を製造することができる。
Thereafter, a silicon-based thin film photoelectric conversion element 206 can be manufactured by forming a conductive film such as ZnO and a metal film such as aluminum or silver by sputtering or vapor deposition and forming the
本実施形態において、第一p型半導体層211であるp型非晶質シリコンカーバイド半導体層の成膜工程ではプラズマ処理用の電源としてパルス変調された交流電力を用い(第2のプラズマ処理工程)、i型結晶質シリコン系光電変換層222の成膜工程(第1のプラズマ処理工程)においては、パルス変調された交流電力を用いた。
In the present embodiment, in the film forming process of the p-type amorphous silicon carbide semiconductor layer which is the first p-
このi型結晶質シリコン系光電変換層222の成膜工程において、成膜される膜の結晶化率、結晶粒径等の膜質を所望のものに維持するためには、カソード電極102・アノード電極103間距離等の装置構成を本工程に適したように設定する必要がある。例えば、i型結晶質シリコン系光電変換層222の成膜工程においては、非晶質シリコン系半層体層(例えば非晶質シリコンカーバイド半導体層)を成膜する場合より、カソード電極102・アノード電極103間距離を狭くし、プラズマ反応室101内の圧力を高く設定することが一般的である。
In the film forming step of the i-type crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 222, in order to maintain the desired film quality such as the crystallization rate and the crystal grain size of the film to be formed, the
このように、i型結晶質シリコン系光電変換層222の成膜工程に適したように設定された装置の同一プラズマ反応室101内において、第一p型半導体層211であるp型非晶質シリコンカーバイド半導体層を成膜する場合、成膜条件(特にプラズマ反応室101内の設定圧力)が異なるためi型結晶質シリコン系光電変換層222の成膜工程の場合より放電開始電圧が高くなる。
Thus, in the same
したがって、放電開始電圧が相対的に高い第一p型半導体層211であるp型非晶質シリコンカーバイド半導体層の成膜工程において、均一なプラズマを発生および維持させるためには、より大きな投入電力を投入する必要があり、投入電力を大きくすると、プラズマ処理速度が大きくなり、成膜速度が速くなる。第一p型半導体層211であるp型非晶質シリコンカーバイド半導体層は、その厚みが50nm以下と非常に薄く、その厚みの制御を行うためには成膜速度を低下させる必要がある。
Therefore, in order to generate and maintain a uniform plasma in the film forming process of the p-type amorphous silicon carbide semiconductor layer which is the first p-
そこで、本実施形態では、第一p型半導体層211であるp型非晶質シリコンカーバイド半導体層を成膜する工程において、プラズマ処理用の電源としてパルス変調された交流電力を使用した。これより、成膜速度の低下と均一なプラズマの発生および維持を両立することができる。すなわち、パルス変調された交流電力を用いることにより、投入電力量を抑えて成膜速度を低減させ、かつ瞬時の投入電力および電圧を大きくでき、電極間に均一なプラズマを発生および維持させることが可能となる。
Therefore, in the present embodiment, in the step of forming the p-type amorphous silicon carbide semiconductor layer that is the first p-
(実施形態3)
本実施形態のプラズマ処理方法は、プラズマ反応室101内のアノード電極103に基板201をセットし、基板201上に二重pin構造積層体230を成膜するプラズマCVD工程を実施した後に、この二重pin構造積層体230が成膜された基板201をプラズマ反応室101から取り出し、プラズマ反応室101内のカソード電極102・アノード電極103およびプラズマ反応室101内面壁の残留膜をエッチングするプラズマエッチング工程をこの順に行うものである。
(Embodiment 3)
In the plasma processing method of the present embodiment, the
プラズマCVD工程は、CW交流電力を用いて結晶質シリコン系光電変換層を成膜する第1のプラズマ処理工程を含む。また、プラズマエッチング工程は、第1のプラズマ処理工程より放電開始電圧が高く、パルス変調された交流電力を用いてプラズマエッチングを行う工程であり、プラズマCVD工程においてプラズマ反応室101内のカソード電極102・アノード電極103およびプラズマ反応室101内面壁に付着したシリコン系半導体膜をエッチングするものである。
The plasma CVD process includes a first plasma processing process for forming a crystalline silicon-based photoelectric conversion layer using CW AC power. The plasma etching step is a step of performing plasma etching using a pulse-modulated AC power having a higher discharge start voltage than the first plasma processing step, and the
本実施形態のように、プラズマCVD工程は、CW交流電力を用いる第1のプラズマ処理工程を少なくとも含んでいれば良く、パルス変調された交流電力を用いる成膜工程を含んでいても構わない。また、プラズマエッチング工程は、第1のプラズマ処理工程より放電開始電圧が高く、パルス変調された交流電力を用いてプラズマエッチングを実施する工程であれば良い。 As in the present embodiment, the plasma CVD process only needs to include at least the first plasma processing process using CW AC power, and may include a film forming process using pulse-modulated AC power. The plasma etching process may be any process in which the discharge starting voltage is higher than that of the first plasma processing process and the plasma etching is performed using pulse-modulated AC power.
本実施形態が行われるプラズマ処理装置は、図1と同様である。
基板201上には、実施形態2と同様の条件により二重pin構造積層体230が形成される。
The plasma processing apparatus in which this embodiment is performed is the same as that in FIG.
On the
二重pin構造積層体230を成膜するプラズマCVD工程を複数回実施した後、プラズマ反応室101内のカソード電極102・アノード電極103およびプラズマ反応室101内面壁の残留膜をエッチングするプラズマエッチング工程を行うことにより、装置のクリーニングを行うことができる。プラズマエッチング工程の条件は、実施形態1のプラズマエッチング工程と同条件とすることができる。
After performing the plasma CVD process for forming the double pin laminated body 230 a plurality of times, the plasma etching process for etching the
一般的に、良質な結晶質シリコン系薄膜層の成膜条件および装置構成は、その設定範囲が狭く制限されるため、その条件に適したように装置構成が設計される。 Generally, the film forming conditions and apparatus configuration of a high-quality crystalline silicon-based thin film layer are limited in the setting range, and therefore the apparatus configuration is designed to suit the conditions.
本実施形態のように、結晶質シリコン系薄膜層をCW交流電力を用いて成膜する第1のプラズマ処理工程がプラズマCVD工程に含まれている場合には、電極間距離等の装置構成がその工程に適したように設定されている。この装置において、第2のプラズマ処理工程であるプラズマエッチング工程を行う場合、使用ガスが電離し難いため放電開始電圧が大きくなる。本実施形態においては、プラズマエッチング工程において、カソード電極102にパルス変調された交流電力を投入しているため、電極間に大きな電圧を印加し電極間に均一なプラズマを発生および維持させ、かつ、投入電力量を小さく抑えることができる。また、この方法により、電極間以外の部分にプラズマが発生した場合であっても、装置の絶縁部分に損傷を与える可能性を低減することができる。
When the first plasma processing step for forming the crystalline silicon-based thin film layer using CW AC power is included in the plasma CVD step as in this embodiment, the apparatus configuration such as the interelectrode distance is It is set to be suitable for the process. In this apparatus, when the plasma etching process, which is the second plasma treatment process, is performed, the discharge start voltage increases because the gas used is difficult to ionize. In the present embodiment, in the plasma etching step, pulse-modulated AC power is applied to the
(実施形態4)
本実施形態のプラズマ処理方法について以下に説明する。
(Embodiment 4)
The plasma processing method of this embodiment will be described below.
本実施形態ののプラズマ処理方法が実施されるプラズマ処理装置は、図1に示した構成と同様である。 The plasma processing apparatus in which the plasma processing method of the present embodiment is implemented has the same configuration as that shown in FIG.
本実施形態は、実施形態1のプラズマエッチング工程を実施した後、基板201をセットし、二重pin構造積層体230を成膜する実施形態3のプラズマCVD工程を実施し、基板201を取出す工程を繰り返し行うものである。
In the present embodiment, after performing the plasma etching process of the first embodiment, the
プラズマエッチング工程は、第一pin構造積層体214を成膜する前に実施され、カソード電極102・アノード電極103およびプラズマ反応室101内壁に付着した半導体膜が最表面層からエッチングされる。二重pin構造積層体230を再現性良く成膜するためには、その成膜開始の時点においてプラズマ反応室101内の環境が略同一であることが好ましく、また、プラズマの安定および不純物の混入防止のためには、カソード電極102・アノード電極103およびプラズマ反応室101内壁に一定の膜表面を有する膜が成膜されていることが望ましく、その残留膜最表面には、i型半導体層が露出していることがさらに望ましい。
The plasma etching step is performed before the first
この工程により、良好な品質を有する二重pin構造積層体230を同一プラズマ反応室101内で繰返し成膜することができる。
By this step, the double
当該プラズマエッチング工程において、カソード電極102・アノード電極103およびプラズマ反応室101内壁にそれ以前に成膜された残留膜をエッチングしてi型半導体層を表面に露出させるためには、エッチング膜厚の制御が重要であり、エッチング速度を低下させる必要がある。
In the plasma etching process, in order to etch the residual film previously formed on the inner wall of the
本実施形態のプラズマ処理装置のカソード電極102・アノード電極103間距離は、i型結晶性シリコン系光電変換層を成膜するプラズマCVD工程に適するように設計されている。このため、不活性ガスとフッ素系エッチングガスの混合ガスを用いるプラズマエッチング工程においては、エッチングガスが電圧印加により電離し難いため、プラズマの発生により高い印加電圧を必要とする。
The distance between the
プラズマエッチング工程においては、実施形態1と同様にプラズマ発生用にパルス変調された交流電力を使用する。これにより、電極間に均一なプラズマを発生および維持する目的で高電圧を印加した場合においても、投入される電力量を低減でき、エッチング速度を低減することができる。また、パルスのデューティー比を調整することにより、投入電力量を調節することができ、エッチング膜厚の制御が容易となる。 In the plasma etching process, AC power pulse-modulated for plasma generation is used as in the first embodiment. Thereby, even when a high voltage is applied for the purpose of generating and maintaining uniform plasma between the electrodes, the amount of electric power applied can be reduced, and the etching rate can be reduced. Further, by adjusting the duty ratio of the pulse, the input power amount can be adjusted, and the etching film thickness can be easily controlled.
(実施形態5)
本実施形態を図面を参照して説明する。図3は、本実施形態に係るプラズマ処理装置の概略図であり、電力供給手段108からインピーダンス整合回路105一つに対して複数のアノード電極103・カソード電極102対を接続した構造である。
(Embodiment 5)
The present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic diagram of the plasma processing apparatus according to the present embodiment, and has a structure in which a plurality of pairs of
この構造の場合、複数のアノード電極103・カソード電極102対にグロー放電プラズマを同時に発生させることが難しくなる。すなわち、複数の電極対のうちの一部にグロー放電プラズマが発生してしまうと、その電極間のインピーダンスが小さくなり、他の電極間に供給される電力が小さくなり、それらの電極間にプラズマが発生しないといった問題が発生する。
In the case of this structure, it is difficult to simultaneously generate glow discharge plasma in a plurality of
この問題は、カソード電極102に投入する電力および電圧が小さい工程において特に問題となり、より大きな電圧を各電極間に印加する必要がある。各電極間に印加される電圧が大きいほど、グロー放電プラズマが各電極間に同時に発生する確率が高くなり、電極間に均一なプラズマを発生および維持させることができる。
This problem is particularly problematic in processes where the power and voltage applied to the
本実施形態の構成を有するプラズマ処理装置において、放電開始電圧の大きなプラズマエッチング工程を行う場合、全ての電極間に同時にグロー放電プラズマを発生および維持させることはさらに困難であり、より高い印加電圧が必要になる。このような場合にも、実施形態1から4と同様に、パルス変調された交流電力を用いることが有効である。 In the plasma processing apparatus having the configuration of the present embodiment, when performing a plasma etching step with a large discharge start voltage, it is more difficult to simultaneously generate and maintain glow discharge plasma between all electrodes, and a higher applied voltage I need it. Even in such a case, it is effective to use pulse-modulated AC power as in the first to fourth embodiments.
101 プラズマ反応室
102 カソード電極
103 アノード電極
105 インピーダンス整合回路
107 ワーク
108 電力供給手段
201 基板
206 シリコン系薄膜光電変換素子
211 第一p型半導体層
212 i型非晶質シリコン系光電変換層
213 第一n型半導体層
214 第一pin構造積層体
221 第二p型半導体層
222 i型結晶質シリコン系光電変換層
223 第二n型半導体層
224 第二pin構造積層体
DESCRIPTION OF
Claims (10)
プラズマ処理用の電源としてCW交流電力を用いる第1のプラズマ処理工程と、
プラズマ処理用の電源としてパルス変調された交流電力を用い、第1のプラズマ処理工程より放電開始電圧が高い第2のプラズマ処理工程と、
前記第1のプラズマ処理工程と前記第2のプラズマ処理工程を適宜切換える切換工程と、
を有することを特徴とするプラズマ処理方法。 A plasma processing method for performing at least two plasma processing steps in the same plasma reaction chamber,
A first plasma processing step using CW AC power as a power source for plasma processing;
Using a pulse-modulated AC power as a power source for plasma processing, a second plasma processing step having a higher discharge start voltage than the first plasma processing step;
A switching step of appropriately switching between the first plasma processing step and the second plasma processing step;
A plasma processing method comprising:
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