JP2678280B2

JP2678280B2 - 薄膜形成方法

Info

Publication number: JP2678280B2
Application number: JP63038069A
Authority: JP
Inventors: 国基二宮; 信哉津田; 昭一中野; 三千年大西; 幸徳桑野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1988-02-20
Filing date: 1988-02-20
Publication date: 1997-11-17
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: JPH01212435A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、光起電力素子の非晶質半導体薄膜などの薄
膜をRFグロー放電法により形成する薄膜形成方法に関す
る。

〔従来の技術〕

一般に、光起電力素子は、ガラス等からなる透光性基
板上に、ITO〔Indium Tin Oxide〕などからなる透明導
電膜と、ｐ層,i層,n層の各非晶質半導体薄膜と、金属膜
などからなる裏面電極膜が順次に積層されて形成され、
前記した非晶質半導体薄膜は通常容量結合型のRFグロー
放電法により形成され、この種のRFグロー放電による薄
膜形成装置は、たとえば第７図に示すように構成されて
いる。

すなわち、第７図において、（１）は反応容器（２）
内に形成された反応室、（３）は外周に導電筒（４）が
装着され反応容器（２）の底壁に貫設されたモノシラン
ガス〔SiH₄〕などの反応ガスの導入パイプ、（５）は反
応容器（２）の底壁に形成された排気口、（６）は一方
の電極としての中空の平板状のRF電極であり、反応室
（１）の下部に配設され、導入パイプ（３）の先端に接
合されるとともに，導電筒（４）に電気的に接続され、
中空の内部が導入パイプ（３）に連通しており、導入パ
イプ（３）を介してRF電極（６）の内部に反応ガスが供
給され、RF電極（６）の上面に形成された複数個の吹出
孔（図示せず）から、前記反応ガスが反応室（１）に供
給されるようになつている。

（７）は反応室（１）の上部にRF電極（６）に平行に
所定距離隔てて配設された他方の電極としての平板状の
対向電極、（８）は対向電極（７）の下面に装着された
薄膜形成用基板、（９）は高周波電源であり、一方の出
力端が導電筒（４）を介してRF電極（６）に接続され、
他方の出力端が対向電極（７）とともにアースされてい
る。

そして、電源（９）により両電極（６），（７）に高
周波電圧が印加されてグロー放電が生じ、このRFグロー
放電により、供給された反応ガスがプラズマ化し、プラ
ズマ化した反応ガスの成分からなる薄膜が基板（８）上
に成長する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、このようなRFグロー放電による薄膜形成方
法により、光起電力素子を形成する場合、高い光電変換
効率を有する素子を得るには、従来低圧力，低RFパワー
という形成条件下で非晶質半導体薄膜を形成する必要が
あるとされているが、この条件下では非晶質半導体薄膜
の形成速度が減少し、光起電力素子の形成に長時間を要
し、スループツトが低下するという問題点がある。

そこで、本発明では、他方の電極に装着される薄膜形
成用基板の近傍における電子密度を増大し、反応ガスの
プラズマ化を促進して成膜種の密度の増大を図り、薄膜
の形成速度を向上できるようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

つぎに、上記目的を達成するための手段を、実施例に
対応する第１図を用いて説明する。

すなわち、反応ガスが供給された反応室（１）に平板
状のRF電極（６）を配設し、前記RF電極（６）に平行に薄膜形成用基板（８）が装
着された平板状の対向電極（７）を配設し、前記両電極（６），（７）に高周波電源（９）による
高周波電圧を印加してRFグロー放電により前記反応ガス
をプラズマ化し、前記基板（８）上にプラズマ化した前記反応ガスの成
分からなる薄膜を形成する薄膜形成方法において、本発
明では、前記対向電極（７）の前記基板（８）の装着部の外側
に、該電極（７）の背後の反応室壁を臨む透孔（10）を
形成するという技術的手段を講じている。

〔作用〕したがつて、本発明によると、対向電極（７）の薄膜
形成用基板（８）の装着部の外側に、対向電極（７）の
背後の反応室壁を臨む透孔（10）が形成されるため、従
来は対向電極（７）に透孔（10）が形成されずにこの電
極（７）に拡散していた電子が、透孔（10）を通過し、
２つの電極（６），（７）間に存在する電子が、対向電
極（他方の電極）（７）に形成された透孔（10）を通過
してその背後の反応室壁まで達し得るようになる。

そのため、基板（８）の近傍における電子密度が大幅
に増大し、反応ガスのプラズマ化が促進され、成膜種の
密度が増大して薄膜の形成速度が大幅に向上する。

このとき、RFグロー放電法により、非晶質半導体薄膜
からなる光起電力素子を形成する場合に、低圧力，低RF
パワーという条件であつても、従来と同様に高い光電変
換効率を有する光起電力素子を、従来よりも短時間で形
成することが可能となる。

〔実施例〕

つぎに、本発明を、その実施例を示した第１図ないし
第６図とともに詳細に説明する。

（実施例１）まず、実施例１を示した第１図ないし第４図について
説明する。

薄膜形成装置の外観を示す第１図において、第７図と
同一記号は同一もしくは反応するものを示し、第７図と
異なる点は、対向電極（７）の全面に複数個の透孔（1
0）を形成して対向電極（７）をメツシユ状にし、対向
電極（７）の薄膜形成用基板（８）の装着部の外側に、
対向電極（７）の背後の反応室壁を臨む透孔（10）を形
成した点である。

ところで、ケミカルフイジクスポリウム73（198
2），頁385〔Chemical Physics VOL.73（1982）,p385〕
に記載されているようなラングミユアの探針法により、
水素ガス〔H₂〕を用い、RFパワー30W,H₂流量20SCCM,圧
力150mTorr,電極間隔5cmの条件で、両電極（６），
（７）間の電子密度を測定したところ、第２図の実線に
示すようになつた。なお、第２図の横軸は対向電極
（７）からの距離，縦軸は電子密度である。

そして、比較のために、前記と同じ条件で，第７図の
従来の装置における電子密度分布を測定した結果を、第
２図の破線に示してあり、第２図から明らかなように、
対向電極（７）に透孔（10）を形成した場合、透孔（1
0）を形成しない従来の場合に比べ、対向電極（７）に
装着された基板（８）の近傍，すなわち対向電極（７）
の位置を示す横軸0cmの近傍における電子密度は約10倍
になつており、基板（８）の近傍における電子密度を大
幅に増大できることがわかり、SiH₄などの他のガスを用
いても同様の結果が得られる。

これは、対向電極（７）の基板（８）の装着部の外側
に、対向電極（７）の背後の反応室壁を臨む透孔（10）
を形成したことにより、RF電極（６），対向電極（７）
間に存在する電子が、対向電極（７）に形成された透孔
（10）を通過してその背後の反応室壁まで達し得るよう
になり、そのため、基板（８）の近傍の電子密度が大幅
に増大したものである。

つぎに、反応ガスとしてSiH₄を用い、RFパワー30〜50
W,SiH₄流量20〜40SCCM,反応圧力100〜300mTorrの条件で
非晶質シリコンのｉ層を形成し、このｉ層からなる光起
電力素子を形成した場合に、ｉ層の形成速度と光起電力
素子の光電変換効率との関係を調べたところ、第３図の
実線に示すようになつた。

そして、比較のために、前記と同じ条件で，第７図の
従来の装置により形成した非晶質シリコンのｉ層からな
る光起電力素子について、ｉ層の形成速度と光電変換効
率を調べた結果を、第３図の破線に示してあり、第３図
から明らかなように、同じ光電変換効率であつても，従
来に比べてｉ層の形成速度が大幅に向上しており、この
ように透孔（10）を形成したことにより、膜質の低下や
特性劣化を招くことなく、薄膜の形成速度を大幅に向上
することができる。

これは、基板（８）の近傍の電子密度の増大により、
反応ガスのプラズマ化が促進され、成膜種の密度が増大
したためである。

ところで、透孔（10）を形成する際に、透孔（10）の
全面積S1の対向電極（７）の面積S2に対する比S1/S2を
どれくらいにすれば、薄膜の形成速度の向上が望めるか
を把握するために、面積比S1/S2と、基板（８）の面積
と形成速度との積，すなわち成膜量との関係を調べたと
ころ、第４図に示すようになつた。ここで、縦軸は、第
７図に示す従来の装置により薄膜を形成した場合を基準
にして正規化した値を示している。

第４図から明らかなように、成膜量が１以上となる面
積比の範囲が従来よりも形成速度が速くなる条件であ
り、面積比S1/S2が10〜50％の範囲になるように、透孔
（10）の大きさ，数を設定して透孔（10）を形成すれば
よいことがわかる。

したがつて、前記実施例によると、対向電極（７）の
薄膜形成用基板（８）の装着部の外側に、対向電極
（７）の背後の反応室壁を臨む透孔（10）を形成したこ
とにより、基板（８）の近傍における電子密度を大幅に
増大することができ、薄膜の形成速度を大幅に向上する
ことが可能となり、RFグロー放電法により、非晶質半導
体薄膜からなる光起電力素子を形成する場合に、低圧
力，低RFパワーという条件であつても、従来と同様に高
い光電変換効率を有する光起電力素子を、従来よりも短
時間で形成することが可能となり、スループツトの向上
を図ることができる。

（実施例２）つぎに、実施例２を示した第５図及び第６図について
説明する。

第５図において、第１図と同一記号は同一もしくは対
応するものを示し、第１図と異なる点は、対向電極
（７）とその背後の反応室壁との間に、対向電極（７）
に平行に平板状のバイアス電極（11）にを設け、バイア
ス電源（12）によりバイアス電極（11）に正バイアス電
圧を印加して透孔（10）を通過する電子をさらに増大す
るようにした点である。

そして、反応ガスとしてSiH₄を用い、RFパワー30W,Si
H₄流量20SCCM,圧力150mTorrの条件で、非晶質シリコン
薄膜を形成した場合に、バイアス電極（11）へのバイア
ス電圧と薄膜の形成速度との関係を調べたところ、第６
図に示すようになつた。

このとき、比較のために、前記と同じ条件で、第７図
の従来の装置により形成した場合のバイアス電圧と形成
速度との関係を第６図中の○印に示してあり、従来はバ
イアス電極がないため、バイアス電圧が0Vの１点データ
となつており、第６図から明らかなように、薄膜の形成
速度が大幅に向上していることがわかり、バイアス電極
（11）に加えるバイアス電圧により、電子を加速して透
孔（10）を通過する電子を増大させることができ、薄膜
の形成速度をいつそう向上することが可能となる。

したがつて、前記実施例によると、実施例１の場合よ
りも、薄膜の形成速度をいつそう向上することができ
る。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成しているため、以
下に記載するような効果を奏する。

他方の電極の薄膜形用基板の装着部の外側に、該電極
の背後の反応室壁を臨む透孔を形成したため、反応室の
一方の電極と他方の電極との間に存在する電子が、他方
の電極に形成された透孔を通過してその背後の反応室壁
まで達し得るようになり、したがつて、薄膜形成用基板
の近傍における電子密度を増大することができ、反応ガ
スのプラズマ化を促進して成膜種の密度の増大を図り、
薄膜の形成速度を大幅に向上することができ、光起電力
素子の製造時に、スループツトの向上や製造コストの低
下などが図れ、極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の薄膜形成方法の実施例を
示し、第１図ないし第４図は実施例１を示し、第１図は
形成装置の正面図、第２図は対向電極からの距離と電子
密度との関係図、第３図はｉ層の形成速度と光電変換効
率との関係図、第４図は面積比と成膜量との関係図、第
５図及び第６図は実施例２を示し、第５図は形成装置の
正面図、第６図はバイアス電圧と形成速度との関係図、
第７図は従来例の正面図である。（１）……反応室、（６）……RF電極、（７）……対向
電極、（８）……基板、（９）……高周波電源、（10）
……透孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大西三千年大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者桑野幸徳大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (56)参考文献特開昭61−163280（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−177030（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】反応ガスが供給された反応室に平板状の一
方の電極を配設し、前記一方の電極に平行に薄膜形成用基板が装着された平
板状の他方の電極を配設し、前記両電極に高周波電源による高周波電圧を印加してRF
グロー放電により前記反応ガスをプラズマ化し、前記基板上にプラズマ化した前記反応ガスの成分からな
る薄膜を形成する薄膜形成方法において、前記他方の電極の前記基板の装着部の外側に、該電極の
背後の反応室壁を臨む透孔を形成したことを特徴とする
薄膜形成方法。