JP2515329B2 - 薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成方法Info
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Description
【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、グロー放電により、高性能の半導体薄膜を
形成する方法に関するものである。
形成する方法に関するものである。
［従来の技術］ シリコン化合物をグロー放電法などのプラズマ分解し
て得られる非晶質シリコン系の半導体薄膜は、光−電気
エネルギーの変換能力に優れ、光起電力素子（すなわ
ち、非晶質シリコン系太陽電池）に好適に利用されてい
る。しかして、産業や生活に利用される、いわゆる大電
力用太陽電池としては大面積の太陽電池を製造する必要
があり、この点においても、非晶質シリコン系太陽電池
は、面積の拡充が比較的容易であり、大面積化の研究が
行われている。
て得られる非晶質シリコン系の半導体薄膜は、光−電気
エネルギーの変換能力に優れ、光起電力素子（すなわ
ち、非晶質シリコン系太陽電池）に好適に利用されてい
る。しかして、産業や生活に利用される、いわゆる大電
力用太陽電池としては大面積の太陽電池を製造する必要
があり、この点においても、非晶質シリコン系太陽電池
は、面積の拡充が比較的容易であり、大面積化の研究が
行われている。
しかしながら、通常用いられているグロー放電におい
て、大面積に非晶質シリコン系の薄膜を均一に形成し、
高速度形成するには、いくつかの問題があった。
て、大面積に非晶質シリコン系の薄膜を均一に形成し、
高速度形成するには、いくつかの問題があった。
一般に、プラズマCVD製造装置として、生産性に優れ
ているとされている容量結合型の平行平板電極を用いた
場合、高周波が印加される電極である高周波印加電極と
接地されている電極の間において、グロー放電が高周波
印加電極面内において、均一に生じなければ均一な薄膜
が得られない。しかして、高周波印加電極が大面積とな
ると、高周波電流独特の表皮効果が生じ、有効に高周波
電流を導入することができず、また、電気力線にもとず
く端効果および先の表皮効果の結果、高周波印加電極周
辺部のグロー放電が強くなり、得られた薄膜の特性は、
不均一となり、また有効に高周波を導入できない。
ているとされている容量結合型の平行平板電極を用いた
場合、高周波が印加される電極である高周波印加電極と
接地されている電極の間において、グロー放電が高周波
印加電極面内において、均一に生じなければ均一な薄膜
が得られない。しかして、高周波印加電極が大面積とな
ると、高周波電流独特の表皮効果が生じ、有効に高周波
電流を導入することができず、また、電気力線にもとず
く端効果および先の表皮効果の結果、高周波印加電極周
辺部のグロー放電が強くなり、得られた薄膜の特性は、
不均一となり、また有効に高周波を導入できない。
また、高速形成を目的として、グロー放電を発生させ
る場合、高周波印加電極周辺部のグローはより強くな
り、条件によっては、異常グロー放電も生じ、一般に高
速形成時には、異常放電が生じ易く、粉発生を起こすと
いう問題があった。
る場合、高周波印加電極周辺部のグローはより強くな
り、条件によっては、異常グロー放電も生じ、一般に高
速形成時には、異常放電が生じ易く、粉発生を起こすと
いう問題があった。
［発明の目的］ 本発明の目的は、高周波印加電極と接地電極間におい
て、均一なプラズマを有効に生じさせ、被着させる基板
上に均一な薄膜を高速で形成することのできる薄膜形成
方法を提供することである。
て、均一なプラズマを有効に生じさせ、被着させる基板
上に均一な薄膜を高速で形成することのできる薄膜形成
方法を提供することである。
［基本的着想］ しかして、本発明者らは、種々のプラズマCVD装置お
よびグロー放電の詳細な検討の結果、高周波印加電極と
接地電極間の空間におけるプラズマを均一、かつ電力的
に有効に生じさせ、導入した反応性ガスを有効に分解し
薄膜化するためには、高周波印加電極表面および高周波
印加電極周辺に存在する反応性ガスを稀薄にするか、あ
るいは、存在させないことが、重要であることが見いだ
し、かかる知見に基けば、本発明の上記目的が達成でき
ることを見出し、本発明を完成するに至った。
よびグロー放電の詳細な検討の結果、高周波印加電極と
接地電極間の空間におけるプラズマを均一、かつ電力的
に有効に生じさせ、導入した反応性ガスを有効に分解し
薄膜化するためには、高周波印加電極表面および高周波
印加電極周辺に存在する反応性ガスを稀薄にするか、あ
るいは、存在させないことが、重要であることが見いだ
し、かかる知見に基けば、本発明の上記目的が達成でき
ることを見出し、本発明を完成するに至った。
［発明の開示］ すなわち、本発明は、薄膜形成用反応性ガスのグロー
放電分解を用いた薄膜形成方法において、薄膜形成用反
応室への反応性ガスの導入を、グロー放電を発生させる
ために設けられた高周波印加電極から離れた箇所から行
うと共に、パージ・ガスを該高周波印加電極から薄膜形
成用反応室へ同時に導入しながら、薄膜を形成すること
を特徴とする薄膜形成方法、である。
放電分解を用いた薄膜形成方法において、薄膜形成用反
応室への反応性ガスの導入を、グロー放電を発生させる
ために設けられた高周波印加電極から離れた箇所から行
うと共に、パージ・ガスを該高周波印加電極から薄膜形
成用反応室へ同時に導入しながら、薄膜を形成すること
を特徴とする薄膜形成方法、である。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で示される高周波印加電極とは、容量結合型の
平行平板電極であり、形状はとくに問わないが、円板状
あるいは四角状が製作の容易性および放電特性の点にお
いて、好ましい形状である。材質については、とくに制
限されるものではないが、形成される半導体薄膜に与え
る不純物量、電気伝導性、熱的安定性等を考慮するとス
テンレス鋼であるSUS316やSUS304が用いられ、アルミニ
ウムも好ましい材料である。
平行平板電極であり、形状はとくに問わないが、円板状
あるいは四角状が製作の容易性および放電特性の点にお
いて、好ましい形状である。材質については、とくに制
限されるものではないが、形成される半導体薄膜に与え
る不純物量、電気伝導性、熱的安定性等を考慮するとス
テンレス鋼であるSUS316やSUS304が用いられ、アルミニ
ウムも好ましい材料である。
本発明に使用する高周波印加電極体の構造は、例え
ば、添付第１図に示されているように、高周波が印加さ
れ、高周波電流が流れるように、他の装置構成部品と
は、電気的に浮遊した構造であり、かつガスを導入する
ことが可能な構造のものである。反応室側の表面板は、
導入されるガスが、シャワー状に反応室に導入されるよ
うに多数の孔を有しているものが好ましい。本電極に
は、パージ・ガスを導入するための接続コネクターが付
帯し、流量計20を通じてパージ・ガスを導入できる構造
になっている。
ば、添付第１図に示されているように、高周波が印加さ
れ、高周波電流が流れるように、他の装置構成部品と
は、電気的に浮遊した構造であり、かつガスを導入する
ことが可能な構造のものである。反応室側の表面板は、
導入されるガスが、シャワー状に反応室に導入されるよ
うに多数の孔を有しているものが好ましい。本電極に
は、パージ・ガスを導入するための接続コネクターが付
帯し、流量計20を通じてパージ・ガスを導入できる構造
になっている。
ここでいうパージ・ガスとは、ヘリウム、ネオン、ア
ルゴン、クリプトン、キセノン等の不活性ガスや水素ガ
ス等である。本発明は、かかるパージ・ガスを導入し、
高周波印加電極近傍の反応性ガス濃度を低下もしくは存
在させるようにするものであるが、その流量について
は、このような目的を達成するために必要十分とするこ
とが好ましく、具体的には、大略、５〜1000cc/min、よ
り好ましくは、５〜500cc/min程度である。これより少
ないと、本発明の効果が十分に得られず、また、これよ
りあまりに大きい流量の場合は、薄膜形成反応に攪乱を
及ぼす。本発明に用いるプラズマCVD装置、すなわちグ
ロー放電を用いた薄膜半導体形成装置は、基本的には、
反応ガスおよびパージガスの導入手段および排気手段を
備えた金属製の反応容器を主体とし、半導体薄膜が形成
される基板を装置固定する治具である基板キャリヤー、
基板を加熱するための加熱手段、および基板キャリヤー
を移動させるための搬送手段等からなる。
ルゴン、クリプトン、キセノン等の不活性ガスや水素ガ
ス等である。本発明は、かかるパージ・ガスを導入し、
高周波印加電極近傍の反応性ガス濃度を低下もしくは存
在させるようにするものであるが、その流量について
は、このような目的を達成するために必要十分とするこ
とが好ましく、具体的には、大略、５〜1000cc/min、よ
り好ましくは、５〜500cc/min程度である。これより少
ないと、本発明の効果が十分に得られず、また、これよ
りあまりに大きい流量の場合は、薄膜形成反応に攪乱を
及ぼす。本発明に用いるプラズマCVD装置、すなわちグ
ロー放電を用いた薄膜半導体形成装置は、基本的には、
反応ガスおよびパージガスの導入手段および排気手段を
備えた金属製の反応容器を主体とし、半導体薄膜が形成
される基板を装置固定する治具である基板キャリヤー、
基板を加熱するための加熱手段、および基板キャリヤー
を移動させるための搬送手段等からなる。
反応容器の材質は、ステンレス、ニッケルおよびその
合金、アルミニウムおよびその合金などであるが、加工
性、耐蝕性および取扱上、ステンレス（例えば、SUS31
6、SUS304）あるいはアルミニウムが好ましい。
合金、アルミニウムおよびその合金などであるが、加工
性、耐蝕性および取扱上、ステンレス（例えば、SUS31
6、SUS304）あるいはアルミニウムが好ましい。
本発明においては、薄膜形成用反応ガスは、高周波印
加電極から離れた箇所から反応室に導入される。この態
様は種々の態様があり得るが、例えば、具体的には、第
１図に示したように、反応室側壁から導入するようにす
ることが、その効果の点から好ましい。
加電極から離れた箇所から反応室に導入される。この態
様は種々の態様があり得るが、例えば、具体的には、第
１図に示したように、反応室側壁から導入するようにす
ることが、その効果の点から好ましい。
ガス排気手段については、基板に対して、対称に排気
されることを考慮した排気口より行われることが望まし
い。
されることを考慮した排気口より行われることが望まし
い。
基板の設置方向については、本発明の目的を達成する
に、何ら規定されるものではない。一般には、基板は、
高周波印加電極に対して対向させることが好ましい。
に、何ら規定されるものではない。一般には、基板は、
高周波印加電極に対して対向させることが好ましい。
用いる基板は、ガラス基板、酸化スズや酸化スズ・イ
ンジウムの様な透明導電性膜付きガラス基板、セラミッ
クス基板、アルミニウム、クロム、ステンレス（SUS31
6、SUS304）などの金属蒸着したセラミックス基板やポ
リエチレンテレフタレートなどの樹脂基板、ステンレス
基板、多結晶および単結晶シリコン基板などである。
ンジウムの様な透明導電性膜付きガラス基板、セラミッ
クス基板、アルミニウム、クロム、ステンレス（SUS31
6、SUS304）などの金属蒸着したセラミックス基板やポ
リエチレンテレフタレートなどの樹脂基板、ステンレス
基板、多結晶および単結晶シリコン基板などである。
本発明で使用する反応性ガスは、主にシリコン化合物
ガスであり、一般式SinH2n+2（ここでｎは１、２、３、
…等の自然数）で示されるシラン、例えばモノシラン、
ジシランである。さらに、一般式SiHxF4-x（ｘは、０〜
４の整数）で示されるフロオロシラン、一般式GenH2n+2
（ｎは、１、２、３、…等の自然数）で示される水素化
ゲルマンなどである。また、目的に応じて、フォスフィ
ンPH3、ジボランB2H6、ヘリウムHe、CyH2y+2、CyH2y、C
YH2y-2（ｙは、１、２、３、…等の自然数）で示される
炭化水素ガス、モノメチルシランなどの有機けい素ガス
などを単独ないし添加して用いる。
ガスであり、一般式SinH2n+2（ここでｎは１、２、３、
…等の自然数）で示されるシラン、例えばモノシラン、
ジシランである。さらに、一般式SiHxF4-x（ｘは、０〜
４の整数）で示されるフロオロシラン、一般式GenH2n+2
（ｎは、１、２、３、…等の自然数）で示される水素化
ゲルマンなどである。また、目的に応じて、フォスフィ
ンPH3、ジボランB2H6、ヘリウムHe、CyH2y+2、CyH2y、C
YH2y-2（ｙは、１、２、３、…等の自然数）で示される
炭化水素ガス、モノメチルシランなどの有機けい素ガス
などを単独ないし添加して用いる。
以下、実施例について、詳細に説明する。
［実施例］ 第１図に示した薄膜形成装置を用い、パージガスとし
てヘリウムを使用し、アモルファスシリコン薄膜を成膜
した。反応性ガスは、モノシラン、水素稀釈モノシラ
ン、ジシランおよびヘリウム稀釈ジシランのいずれかを
用いた。まず、基板挿入室に基板キャリヤーを設置し、
低真空系と高真空系から10-6torr台まで真空排気した
後、反応室内に基板キャリヤーを搬送手段にて、移送
し、高真空排気系にて、10-7torr台まで排気し、加熱手
段で基板キャリヤーに設置された基板を所定の温度にな
るまで加熱する。所定の基板温度に達した後、反応室内
に反応性ガスを流量計を通し反応室側壁から導入し所定
の反応圧力に設定し、13.56MHzの高周波を高周波印加電
極に供給し、グロー放電を生じさせ、成膜した。これら
の結果を以下に示した。
てヘリウムを使用し、アモルファスシリコン薄膜を成膜
した。反応性ガスは、モノシラン、水素稀釈モノシラ
ン、ジシランおよびヘリウム稀釈ジシランのいずれかを
用いた。まず、基板挿入室に基板キャリヤーを設置し、
低真空系と高真空系から10-6torr台まで真空排気した
後、反応室内に基板キャリヤーを搬送手段にて、移送
し、高真空排気系にて、10-7torr台まで排気し、加熱手
段で基板キャリヤーに設置された基板を所定の温度にな
るまで加熱する。所定の基板温度に達した後、反応室内
に反応性ガスを流量計を通し反応室側壁から導入し所定
の反応圧力に設定し、13.56MHzの高周波を高周波印加電
極に供給し、グロー放電を生じさせ、成膜した。これら
の結果を以下に示した。
Si2H6 20cc/min He（パージ・ガス） 50cc/min 高周波電力 30mW/cm2 基板温度 300℃ 反応圧力 0.2torr 基板寸法 100＊100mm 成膜結果； 堆積速度 25A/sec 堆積速度分布 ±10％ 代表的な光伝導度 3.5＊10-5S/cm 代表的な暗伝導度 1.2＊10-11S/cm また比較例として、高周波印加電極からパージ・ガス
を導入せずに、反応性ガスと混合し、同じガス供給系か
ら導入した。成膜した結果を以下に示した。
を導入せずに、反応性ガスと混合し、同じガス供給系か
ら導入した。成膜した結果を以下に示した。
成膜条件； 前記と同条件 成膜結果； 堆積速度 15A/sec 堆積速度分布 ±28％ 代表的な光伝導度 6.0＊10-6S/cm 代表的な暗伝導度 2.5＊10-10S/cm ［発明の効果］ 以上のごとく、本発明の薄膜形成方法を用いれば、大
面積の均質成膜が、高速堆積で、高堆積効率にて得ら
れ、得られた薄膜の特性も優れ、膜厚分布の良好な膜の
成膜が可能である。
面積の均質成膜が、高速堆積で、高堆積効率にて得ら
れ、得られた薄膜の特性も優れ、膜厚分布の良好な膜の
成膜が可能である。
何故、かかる効果が得られるかについての詳細な機構
は勿論明らかではないが、本発明の構成により電極近傍
の反応性ガスの濃度を有効に低下せしめうるため、張り
つき放電が生ずるのを、効果的に防止することが出来る
ためではないかと推察している。
は勿論明らかではないが、本発明の構成により電極近傍
の反応性ガスの濃度を有効に低下せしめうるため、張り
つき放電が生ずるのを、効果的に防止することが出来る
ためではないかと推察している。
いずれにせよ、本発明の薄膜形成方法により、叙上の
顕著な効果が得られるのであるから、その商業上の利用
可能性は、極めて大きいと言わせばならない。
顕著な効果が得られるのであるから、その商業上の利用
可能性は、極めて大きいと言わせばならない。
第１図は、本発明を実施するのに好ましい形態の薄膜製
造装置を示す模式図である。 図において、１……高周波印加電極およびパージ・ガス
分散放出電極、２……高周波シールド板、３……絶縁碍
子製真空シール治具、４……基板加熱板、５……半導体
薄膜が被着される基板、６……整合回路、７……高周波
電源、10〜12……薄膜形成用反応ガス流量計、20……パ
ージ・ガス流量計
造装置を示す模式図である。 図において、１……高周波印加電極およびパージ・ガス
分散放出電極、２……高周波シールド板、３……絶縁碍
子製真空シール治具、４……基板加熱板、５……半導体
薄膜が被着される基板、６……整合回路、７……高周波
電源、10〜12……薄膜形成用反応ガス流量計、20……パ
ージ・ガス流量計
Claims (1)
- 【請求項１】薄膜形成用反応性ガスのグロー放電分解を
用いた薄膜形成方法において、薄膜形成用反応室への反
応性ガスの導入を、グロー放電を発生させるために設け
られた高周波印加電極から離れた箇所から行うと共に、
パージ・ガスを該高周波印加電極から薄膜形成用反応室
へ同時に導入しながら、薄膜を形成することを特徴とす
る薄膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10895987A JP2515329B2 (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10895987A JP2515329B2 (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 薄膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63274127A JPS63274127A (ja) | 1988-11-11 |
| JP2515329B2 true JP2515329B2 (ja) | 1996-07-10 |
Family
ID=14497996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10895987A Expired - Fee Related JP2515329B2 (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2515329B2 (ja) |
-
1987
- 1987-05-06 JP JP10895987A patent/JP2515329B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63274127A (ja) | 1988-11-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |