JP3068612B1 - プラズマcvd薄膜製造装置及び製膜方法 - Google Patents

プラズマcvd薄膜製造装置及び製膜方法

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JP3068612B1 JP11181619A JP18161999A JP3068612B1 JP 3068612 B1 JP3068612 B1 JP 3068612B1 JP 11181619 A JP11181619 A JP 11181619A JP 18161999 A JP18161999 A JP 18161999A JP 3068612 B1 JP3068612 B1 JP 3068612B1
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

【要約】 【課題】製膜速度に寄らず均一な膜分布を得ることを課
題とする。 【解決手段】真空容器31と、この真空容器31内にガ
スを導入するガス導入管41と、前記真空容器31内を
排気する排気管42と、前記真空容器31内に配置さ
れ、基板38を支持する基板加熱用ヒータ32と、前記
真空容器31内に前記基板38と対向するように配置さ
れた放電用電極34と、この放電用電極34に接続され
た電源切り替え器37と、この電源切り替え器37に接
続された周波数の異なる2台以上の放電用電源35a,
35bと、前記基板加熱用ヒータ32と放電用電極35
a,35b間に配置され製膜表面ヒータ40とを具備す
ることを特徴とするプラズマCVD薄膜製造装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アモルファスシリ
コン太陽電池、薄膜トランジスタ、光センサ、半導体保
護膜など各種電子デバイスに使用される大面積薄膜の製
造に適用されるプラズマCVD薄膜製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】本出願人は、先に、非晶質シリコン太陽
電池を製造するために適用されるプラズマCVD薄膜製
造装置として、図6に示すものを提案した。
【0003】図中の符番1は反応容器であり、内部に基
板加熱ヒータ2、及びアース線3に接続されたラダー型
の放電用電極4が対向して配置されている。前記放電用
電極4には、高周波電源5がインピーダンス整合器6を
介して接続されている。前記基板加熱用ヒータ2には、
基板7が支持されている。この基板7と前記放電用電極
4間には、製膜表面ヒータ用電源8が接続されたメッシ
ュ状の製膜表面ヒータ9が配置されている。前記反応容
器1には、放電用電極4周辺に反応ガスを導入する反応
ガス導入管10が接続されている。また、前記反応容器
1には、排気管11を介して真空ポンプ12が接続され
ている。
【0004】図7は、非晶質シリコン太陽電池の断面図
を示す。この太陽電池は、ガラス基板21上に、透明電
極22、非晶質シリコン層23及びアルミからなる電極
24が形成されている。ここで、非晶質シリコン層23
は、ガラス基板21側から順にp層25、バッファ層2
6、膜厚5〜50nmのi層初期膜27、i層バルク膜
28、i層後期膜29、n層30を積層してなる。
【0005】こうした構成の太陽電池は図6の装置を用
いて次のように製造される。まず、ガラス基板21上に
別装置を用いて透明電極22を形成する。つづいて、こ
の透明電極22上に、p層25と、バッファ層26と、
i層初期膜27と、i層バルク膜28と、i層後期膜2
9と、n層30からなる非晶質シリコン層23を形成す
る。
【0006】その際、i層初期膜27及びi層後期膜2
9は、例えば製膜速度0.1〜0.4nm/s、製膜表
面ヒータ9による加熱(電力150〜200W)、放電
周波数27〜100MHzの少なくともいずれかの条件
を満たしながら、角条件を適正化し、欠陥密度8×10
14個/cc以下とする。また、i層バルク膜28は、i
層初期膜27を形成後、放電を維持したまま形成する。
さらに、i層後期膜29はi層バルク膜28を形成後、
放電を維持したまま形成する。ここで、i層バルク膜2
8は、生産性向上による低コスト化を図るため、i層初
期膜27よりも高い製膜速度にて形成する。最後に、非
晶質シリコン層23上に電極取り出しのための電極24
を形成し、電池を完成する。
【0007】このようにして製造される非晶質シリコン
太陽電池は、以下の特徴を有する。低欠陥密度のi層初
期膜27をp層25上にバッファ層26を介して設ける
ことにより、p層25/i層バルク膜28界面付近の欠
陥準位が低減し、短波長感度を改善でき、短絡電流を増
大できる。
【0008】低欠陥で表面被覆性に優れたi層後期膜2
9をi層バルク膜28上に設けることにより、i層バル
ク膜28/n層30界面の密着性を向上できる。その結
果、長波長が改善され、短絡電流が増大できる。また、
n層30の膜厚分布が改善され、i層バルク膜28内の
内部電界の均一性が向上するため、開放電圧が増大す
る。
【0009】低欠陥密度のi層初期膜27及び低欠陥で
表面被覆性に優れたi層後期膜29を設けることによ
り、i層バルク膜28の亀裂発生が抑制するため、i層
バルク膜28内でのキャリア再結合が低減向上し、短絡
電流が増大する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
非晶質シリコン薄膜を製造するために適用されるプラズ
マCVD薄膜製造装置によれば、以下に述べる問題点を
有していた。
【0011】(1)膜厚分布は放電電力及び製膜速度依
存性を有しており、i層初期膜27及びi層後期膜29
とi層バルク膜28の製膜速度が異なるため、通常用い
られている放電電力によるプラズマ密度の直接制御方法
のみでは、同一装置にてi層初期膜27及びi層後期膜
29とi層バルク膜28の膜の分布をともに均一にする
ことは困難であった。この問題は、製膜面積を拡大させ
た場合に特に顕著となるため、生産性向上による低コス
ト化を図るには大きな障害となる。
【0012】(2)また、通常一般的に用いられている
周波数13MHzの放電電力によるプラズマ密度の直接
制御方法により、高速性膜を実施すると、プラズマ中の
イオンエネルギーも増大する。しかして、i層製膜時に
高エネルギーイオンが膜に衝突すると、欠陥準位を生
じ、キャリア再結合損失が増大するため、短絡電流が低
下してしまう。
【0013】本発明は、こうした事情を考慮してなされ
たもので、周波数の異なる2台以上の放電用電源を配置
したり、あるいは周波数が可変の放電用電源を配置する
ことにより、製膜速度に寄らずに共に均一な膜分布を得
られるプラズマCVD薄膜製造装置を提供することを目
的とする。
【0014】また、本発明は、周波数の異なる2台以上
の放電用電源を製膜に応じて切り替えることにより、あ
るいは周波数が可変の放電用電源の放電周波数を製膜に
応じて放電周波数を切り替えることにより、製膜速度に
寄らず共に均一な膜分布を得られる製膜方法を提供する
ことを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、真空容器と、
この真空容器内にガスを導入する導入手段と、前記真空
容器内を排気する排気手段と、前記真空容器内に配置さ
れ、基板を支持する基板加熱用ヒータと、前記真空容器
内に前記基板と対向するように配置された放電用電極
と、この放電用電極に接続された電源切り替え器と、こ
の電源切り替え器に接続された周波数の異なる2台以上
の放電用電源と、前記基板加熱用ヒータと放電用電極間
に配置された製膜表面ヒータとを具備し、基板に形成す
る製膜の速度に応じて前記放電用電源の種類を切り替え
ことを特徴とするプラズマCVD薄膜製造装置であ
る。
【0016】本願第2の発明は、真空容器と、この真空
容器内にガスを導入する導入手段と、前記真空容器内を
排気する排気手段と、前記真空容器内に配置され、基板
を支持する基板加熱用ヒータと、前記真空容器内に前記
基板と対向するように配置された放電用電極と、この放
電用電極に接続された可変周波数対応の整合器と、この
整合器に接続された周波数が可変の放電用電源と、前記
基板加熱用ヒータと放電用電極間に配置された製膜表面
ヒータとを具備し、基板に形成する製膜の速度に応じて
前記放電用電源の周波数を切り替えることを特徴とする
プラズマCVD薄膜製造装置である。
【0017】本願第3の発明は、真空容器と、この真空
容器内にガスを導入する導入手段と、前記真空容器内を
排気する排気手段と、前記真空容器内に配置され、基板
を支持する基板加熱用ヒータと、前記真空容器内に前記
基板と対向するように配置された放電用電極と、この放
電用電極に接続された電源切り替え器と、この電源切り
替え器に接続された周波数の異なる2台以上の放電用電
源と、前記基板加熱用ヒータと放電用電極間に配置され
た製膜表面ヒータと、前記製膜表面ヒータに電気的に接
続した直流電源と、真空容器の外周部に配置された、プ
ラズマ生成部に磁界を印加するための空間的磁界発生用
コイルと、この空間的磁界発生用コイルに電気的に接続
された磁界発生用電源とを具備することを特徴とするプ
ラズマCVD薄膜製造装置である。
【0018】本願第4の発明は、真空容器と、この真空
容器内にガスを導入する導入手段と、前記真空容器内を
排気する排気手段と、前記真空容器内に配置され、基板
を支持する基板加熱用ヒータと、前記真空容器内に前記
基板と対向するように配置された放電用電極と、この放
電用電極に接続された電源切り替え器と、この電源切り
替え器に接続された周波数の異なる2台以上の放電用電
源と、前記基板加熱用ヒータと放電用電極間に配置され
た製膜表面ヒータとを具備し、放電用電極には複数の給
電点が設けられ、前記電源切り替え器は前記給電点の数
に応じて複数個配置され、前記電源切り替え器には夫々
周波数の異なる放電用電源が夫々接続され、更に前記各
電源切り替え器には給電ON/OFF切り替えタイミン
グを制御するコントローラが接続されていることを具備
することを特徴とするプラズマCVD薄膜製造装置であ
る。本願第5の発明は、真空容器と、この真空容器内に
ガスを導入する導入手段と、前記真空容器内を排気する
排気手段と、前記真空容器内に配置され、基板を支持す
る基板加熱用ヒータと、前記真空容器内に前記基板と対
向するように配置された放電用電極と、この放電用電極
に接続された電源切り替え器と、この電源切り替え器に
接続された周波数の異なる2台以上の放電用電源と、前
記基板加熱用ヒータと放電用電極間に配置された製膜表
面ヒータとを具備するプラズマCVD薄膜製造装置を用
いて製膜する方法であり、基板に形成する製膜の速度に
応じて前記放電用電源の種類を切り替えることを特徴と
する製膜方法である。 本願第6の発明は、真空容器と、
この真空容器内にガスを導入する導入手段と、前記真空
容器内を排気する排気手段と、前記真空容器内に配置さ
れ、基板を支持する基板加熱用ヒータと、前記真空容器
内に前記基板と対向するように配置された放電用電極
と、この放電用電極に接続された可変周波数対応の整合
器と、この整合器に接続された周波数が可変の放電用電
源と、前記基板加熱用ヒータと放電用電極間に配置され
た製膜表面ヒータとを具備するプラズマCVD薄膜製造
装置を用いて製膜する方法であり、基板に形成する製膜
の速度に応じて前記放電用電源の周波数を変えることを
特徴とする製膜方法である。 本願第7の発明は、第3の
発明に係るプラズマCVD薄膜製造装置を用いて製 膜す
る方法であり、基板に形成する製膜の速度に応じて前記
放電用電源の周波数を変えることを特徴とする製膜方法
である。 本願第8の発明は、第4の発明に係るプラズマ
CVD薄膜製造装置を用いて製膜する方法であり、基板
に形成する製膜の速度に応じて前記放電用電源の周波数
を変えることを特徴とする製膜方法である。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明について更に具体的
に説明する。第1の発明において、前記切り替え器に
は、電源切り替え時間を制御するためのコントローラを
電気的に接続させることが好ましい。これにより、低製
膜速度膜と高製膜速度膜の製膜に応じて低い製膜速度膜
側に低周波数の電源を使用すると共に、プラズマが連続
的に生成される様に2以上の放電用電源の切り替え時間
を制御でき、電源切り替えをプラズマが消滅することな
く連続的に行えるので、p/i界面層とi層間の界面の
膜欠陥を抑制し、膜分布の改善に加えてさらに界面特性
の向上を図ることができる。
【0020】第1の発明において、前記製膜表面ヒータ
に直流電源を電気的に接続するとともに、真空容器の外
側にプラズマ生成部に磁界を印加するための空間的磁界
発生用コイルを配置し、更にこの空間的磁界発生用コイ
ルに磁界発生用電源を電気的に接続させることが好まし
い。これにより、低製膜速度膜と高製膜速度膜の製膜に
応じて低い製膜速度膜側に低周波数の電源を使用する
様、放電用電源を切り替えることと同時に、製膜表面ヒ
ータに接続された直流電源により静電界でプラズマ制御
を行い、更に空間的変動磁界発生用コイルにより磁界で
プラズマ制御を行うことにより、異なる周波数の放電用
電源を単に切り替えた場合の膜分布の改善に加えて、さ
らにプラズマ密度分布を均一にすることができるため、
膜分布を一層向上することができる。
【0021】第1の発明において、放電用電極に複数の
給電点を設け、電源切り替え器は前記給電点の数に応じ
て複数個配置し、前記切り替え器には夫々周波数の異な
る放電用電源を夫々接続し、更に前記各切り替え器には
給電ON/OFF切り替えタイミングを制御するコント
ローラを接続させることが好ましい。これにより、低製
膜速度膜と高製膜速度膜の製膜に応じて低製膜速度膜側
に低周波数の電源を使用する様、放電用電源、複数の給
電点を切り替えることにより、単に周波数切り替えによ
る膜厚分布の改善に加えて、給電点を切り替えることに
より、更に膜厚分布改善を図ることができる。
【0022】第5の発明においては、異なる周波数の2
台以上の放電用電源及び整合装置を用い、基板に形成す
る膜の製膜速度に応じて、例えば図7における低製膜速
度膜である初期膜、後期膜と高製膜速度膜であるバルク
膜の製膜に応じて、低製膜速度膜側に低周波数の電源を
使用する様、放電用電源を電源切り替え器により切り替
えて製膜を行なうことにより、製膜速度に寄らず共に均
一な膜分布を得ることができる。
【0023】第6の発明においては、周波数の可変の放
電用電源、整合装置を用い、基板に形成する膜の製膜速
度に応じて、例えば図7における低製膜速度膜と高製膜
速度膜の製膜に応じて、低製膜速度膜側に低周波数域を
使用する様、放電周波数を切り替えることにより、製膜
速度に寄らず共に均一な膜分布を得ることができる。
【0024】第6の発明の場合、第5の発明と比べ、連
続的な周波数変化が可能となり、より界面欠陥が少ない
高品質膜の製膜が可能となる。
【0025】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 (実施例1)図中の符番31は反応容器であり、内部に
基板加熱ヒータ32、ラダー型の放電用電極34が対向
して配置されている。ここで、放電用電極34の具体的
な形状は、後述する図5(B)で示すように、断面が例
えば円形状の複数の線材をはしご型に接続した平面形コ
イル構成となっている。なお、放電用電極34は、アー
ス線(図示せず)に接続されていてもよい。前記放電用
電極34には、低い周波数の放電電源35aがインピー
ダンス整合器36a、電源切り替え器37を介して接続
され、さらに高い周波数の放電電源35bがインピーダ
ンス整合器36b、電源切り替え器37を介して接続さ
れている。ここで、前記インピーダンス整合器36a,
36bは、電力を効率的に放電用電極に供給するための
整合器である。また、前記電源切り替え器37は、放電
電源35a,35bから放電用電極34間への電力供給
をどちらか一方に任意に切り替え可能な切り替え器であ
る。
【0026】前記基板加熱用ヒータ32には、基板38
が支持されている。この基板38と前記放電用電極34
間には、製膜表面ヒータ用電源39が接続されたメッシ
ュ状の製膜表面ヒータ40が配置されている。前記反応
容器31には、放電用電極34周辺に反応ガスを導入す
る導入手段としてのボンベ(図示せず)が反応ガス導入
管41を介して接続されている。また、前記反応容器3
1には、排気管42を介して真空ポンプ(排気手段)4
3が接続されている。
【0027】実施例1によれば、周波数の異なる2台以
上の放電用電源35a,35b、インピーダンス整合器
36a,36b及び電源切り替え器37を配置し、例え
ば低い製膜速度膜である初期膜、後期膜と高い製膜速度
膜であるバルク膜の製膜に応じて、低い製膜速度膜側に
低周波数の電源を使用するよう、放電用電源を電源切り
替え器37を用いて切り替えることにより、製膜速度に
寄らず共に均一な膜分布が得られる。
【0028】このことは、以下のことで説明することが
できる。まず、RF電力を0から徐々に増加してプラズ
マ密度を増加させていくと、(1)低い電力にてプラズ
マが生成・維持され始める低電力域、(2)ほぼ均一な
電界内でプラズマが均一に分布する中電力域、(3)電
力が過剰となり、プラズマ密度が不均一になる高電力域
に区分することができる。これは、電力が過少の場合、
放電電力とプラズマ表面から散逸するパワーが釣り合う
様、プラズマが収縮した形で維持される一方、過大の場
合、放電の一部分に強電離部が発生し、さらに電力が集
中しやすくなるためプラズマ密度に分布が生じるためで
ある。
【0029】1MHz以上の空間的な電離が放電を支配
する周波数領域では、放電周波数が高くなるに従い、低
い電界強度で高いプラズマ密度が生成されるので、プラ
ズマが均一に分布するプラズマ密度範囲は、放電周波数
が高くなるに従い、高密度側へシフトする傾向を有す
る。
【0030】また、放電周波数が高くなるに従い、波長
が短くなり定在波が起き易いため、プラズマが均一に分
布するプラズマ密度範囲は、狭くなる傾向を有する。
【0031】従って、周波数の異なる2台以上の放電用
電源35a,35b、インピーダンス整合器36a,3
6b及び電源切り替え器37を配置し、高い製膜速度膜
であるバルク膜の製膜に対して高周波数の電源を、低い
製膜速度膜である初期膜、後期膜に対して、低周波数の
電源を使用することにより、高周波数では高プラズマ密
度側に分布の均一領域が、低周波数では低プラズマ密度
側に分布の均一領域が存在するため、高い製膜速度膜、
低い製膜速度膜の両方共、分布を均一化させることがで
きる。
【0032】事実、初期膜、後期膜13〜60MHz、
バルク膜40〜100MHz、電極寸法400mm×4
00mm、基板寸法300mm×300mmの条件で製
膜を実施し、図7に示す非晶質シリコン太陽電池を製作
した結果、初期膜、後期膜、バルク膜いずれも膜厚分布
±10%以内にて膜形成を行うことができ、基板全面に
高品質の太陽電池を製造することができた。
【0033】前述において、初期膜、後期膜製膜時の周
波数を13〜60MHzにしたのは、該膜は膜欠陥密度
が8×1014個/cc以下という高品質膜が必要であ
り、放電周波数13MHz未満では、プラズマの高周波
数化に伴う電子温度低下効果が小さいため、低欠陥密度
膜が得られず、界面特性の改善効果が小さいためであ
る。また、放電周波数が60MHzを超えると、膜ダメ
ージが少ない低放電電力条件では放電が局所的になり、
高品質性膜可能で均一なプラズマがえられないため太陽
電池特性がばらつくためである。
【0034】また、バルク膜の周波数を40〜100M
Hzにしたのは、放電周波数が40MHz未満ではプラ
ズマ密度が低いため、製膜速度が0.5nm/s以上の
範囲で均一な製膜が困難であり生産性が劣るためであ
る。一方、放電周波数が100MHzを超えると、波長
が短くなるため、定在波が発生して均一なプラズマが得
られず、不均一な膜となるためである。
【0035】なお、上記特性は太陽電池製膜のためのプ
ラズマCVD薄膜多層膜製造装置についてであるが、2
層以上の膜製膜が必要な場合、同様な手法によりその界
面特性向上を図ることができる。
【0036】(実施例2)図2を参照する。但し、図1
と同部材は同符号を付して説明を省略する。図中の符番
51は、放電用電極34に接続された可変周波数対応の
整合器を示す。この整合器51には、周波数が可変の放
電用電源52が接続されている。
【0037】実施例2によれば、放電用電極34に周波
数が可変の放電用電源52を可変周波数対応の整合器5
1を介して接続した構成となっているため、例えば低製
膜速度膜である初期膜、後期膜と高製膜速度膜であるバ
ルク膜の製膜に応じて、高製膜速度膜側に高周波数域
を、低製膜速度膜側に低周波数域を使用する様、放電周
波数を切り替えることにより、製膜速度に寄らず共に均
一な膜分布が得られる。
【0038】これは、放電周波数1MHz以上の空間的
な電離が放電を支配する周波数領域では、放電周波数が
高くなるに従い、低い電界強度で高いプラズマ密度が生
成されるので、プラズマが均一に分布するプラズマ密度
範囲は、放電周波数が高くなるに従い、高密度側へシフ
トする傾向をしており、周波数の可変の放電用電源5
2、整合器51を配置し、高い製膜速度膜であるバルク
膜の製膜に対して高周波数を、低い製膜速度膜である初
期膜、後期膜に対して、低周波数を使用することによ
り、高周波数では高プラズマ密度側に均一領域が、低周
波数では低プラズマ密度側に分布の均一領域が存在する
ためである。
【0039】また、周波数の可変電源を使用することに
より、2台以上の電源を使用する場合と比較して、連続
的な周波数片かが可能となり、寄り界面欠陥が少ない高
品質膜の製膜が可能となる。
【0040】事実、初期膜、後期膜13〜60MHz、
バルク膜40〜100MHz、電極寸法400mm×4
00mm、基板寸法300mm×300mmの条件で製
膜を実施し、図7に示す非晶質シリコン太陽電池を製作
した結果、初期膜、後期膜、バルク膜いずれも膜厚分布
±10%以内にて膜形成を行うことができ、基板全面に
高品質の太陽電池を製造することができた。
【0041】前述において、初期膜、後期膜製膜時の周
波数を13〜60MHzにしたのは、該膜は膜欠陥密度
が8×1014個/cc以下という高品質膜が必要であ
り、放電周波数13MHz未満では、プラズマの高周波
数化に伴う電子温度低下効果が小さいため、低欠陥密度
膜が得られず、界面特性の改善効果が小さいためであ
る。また、放電周波数が60MHzを超えると、膜ダメ
ージが少ない低放電電力条件では放電が局所的になり、
高品質性膜可能で均一なプラズマが得られないため太陽
電池特性がばらつくためである。
【0042】また、バルク膜の周波数を40〜100M
Hzにしたのは、放電周波数が40MHz未満ではプラ
ズマ密度が低いため、製膜速度が0.5nm/s以上の
範囲で均一な製膜が困難であり生産性が劣るためであ
る。一方、放電周波数が100MHzを超えると、波長
が短くなるため、定在波が発生して均一なプラズマが得
られず、不均一な膜となるためである。
【0043】なお、上記特性は太陽電池製膜のためのプ
ラズマCVD薄膜多層膜製造装置についてであるが、2
層以上の膜製膜が必要な場合、同様な手法によりその界
面特性向上を図ることができる。
【0044】(実施例3)図3を参照する。なお、図1
と同部材は同符号を付し、要部のみを説明する。本実施
例3は、実施例1と比べ、電源切り替え器37に電源切
り替え時間を制御するためのコントローラ61を電気的
に接続させた点を特徴とする。
【0045】実施例3によれば、周波数の異なる2台の
放電用電源35a,35b、インピーダンス整合器36
a,36、切り替え器37及びコントローラ61を配置
した構成となっているため、低い製膜速度膜と高い製膜
速度膜の製膜に応じて低い製膜速度膜側に低周波数の電
源を使用すると共に、プラズマが連続的に生成される様
に放電用電源35a,35bの切り替え時間を制御で
き、電源切り替えをプラズマが消滅することなく連続的
に行えるので、p/i界面層とi層間の界面の膜欠陥を
抑制し、膜分布の改善に加えてさらに界面特性の向上を
図ることができる。
【0046】事実、初期膜、後期膜13〜60MHz、
バルク膜40〜100MHz、電極寸法400mm×4
00mm、基板寸法300mm×300mmの条件で製
膜を実施し、図7に示す非晶質シリコン太陽電池を製作
した結果、初期膜、後期膜、バルク膜いずれも膜厚分布
±10%以内にて膜形成を行うことができ、基板全面に
高品質の太陽電池を製造することができた。
【0047】初期膜、後期膜とバルク膜の切り替え時間
を50〜100msとしたのは、プラズマが消滅する前
に電源切り替えを行うためであり、ガス圧力条件により
拡散消滅時間が変化するが、圧力0.05〜0.3To
rrの範囲内では、100ms以内であることが望まし
いためである。
【0048】上記特性は太陽電池製膜のためのプラズマ
CVD薄膜多層膜製造装置についてであるが、2層以上
の膜製膜が必要な場合、同様の手法により、その界面特
性向上を図ることが可能である。
【0049】(実施例4)図4を参照する。なお、図1
と同部材は同符号を付し、要部のみを説明する。本実施
例4は、実施例1と比べ、製膜表面ヒータ40に電気的
に接続された直流電源71を配置するとともに、真空容
器31の外側にプラズマ生成部に磁界を印加するための
空間的変動磁界発生用コイル72、及び該コイル72に
電気的に接続された磁界発生用電源73を配置したこと
を特徴とする。
【0050】こうした構成の薄膜製造装置の操作は、次
の通りである。まず、製膜表面ヒータ40に直流電源7
1を接続し、例えば負電圧を印加することにより、プラ
ズマ中の電子を製膜表面ヒータ40から遠ざけることが
できる。遠ざけられた電子(プラズマ)は、密度の低い
部分へ拡散するので、空間的により均一なプラズマ密度
分布を得ることができる。その結果、放電周波数切り替
えの効果に加えて、膜厚分布が更に向上する。
【0051】次に、空間的変動磁界発生用コイル72を
用いて磁界をプラズマに印加することにより、プラズマ
中の電子は磁力線に捕捉される性質を有するので、プラ
ズマの空間的な分布を変化させることができる。この空
間的な変動を制御することにより、空間的により均一な
プラズマ密度分布を得ることができる。その結果、放電
用周波数切り替えの効果に加えて、膜厚分布が更に向上
する。
【0052】このように、実施例4では、非晶質シリコ
ン薄膜を製造するために適用されるプラズマCVD薄膜
製造装置において、周波数の異なる2台の放電用電源3
5a,35b、インピーダンス整合器36a,36b、
切り替え器37を配置し、低い製膜速度膜と高い製膜速
度膜の製膜に応じて低い製膜速度膜側に低周波数の電源
を使用する様、放電用電源を切り替えることと同時に、
製膜表面ヒータ40に接続された直流電源71により静
電界でプラズマ制御を行い、更に空間的変動磁界発生用
コイル72により磁界でプラズマ制御を行うことによ
り、実施例1での膜分布の改善に加えて、さらにプラズ
マ密度分布を均一にすることができるため、膜分布を一
層向上することができる。
【0053】事実、初期膜、後期膜13〜60MHz、
バルク膜40〜100MHz、電極寸法400mm×4
00mm、基板寸法300mm×300mm、圧力0.
1Torrの条件で製膜を実施し、同時に、初期膜、後
期膜製膜時に、製膜表面ヒータ40への直流印加電圧−
60V〜−10V、空間的変動磁界として回転磁界0.
0015〜0.01Tを印加し、図7に示す非晶質シリ
コン太陽電池を製作した結果、初期膜、後期膜、バルク
膜いずれも膜厚分布±5%以内にて膜形成を行うことが
でき、基板全面に高品質の太陽電池を製造することがで
きた。
【0054】上記において、製膜表面ヒータ40への直
流印加電圧を−60V〜−10Vとしたのは、電圧が−
10Vを超えた場合、電子の高エネルギー成分を電界に
より押し返し、プラズマを製膜表面ヒータ面よりも電極
側に制限することができず、基板とプラズマとの距離が
不均一になるためであり、電圧が−60V未満の場合、
製膜表面ヒータを起点として直流電圧による2次放電が
発生するためである。
【0055】また、空間的変動磁界として回転磁界0.
0015〜0.01Tとしたのは、磁界0.0015未
満の場合、電子を捕捉する磁力が弱く攪拌力が不足する
ため、空間的に均一なプラズマを得るには不十分である
ためであり、磁界0.01Tを超えると、電子を捕捉す
る磁力が強くなりすぎて、捕捉された電子と中性粒子と
の衝突頻度が増加し、プラズマ密度自身に磁束密度分布
を反映した分布が生じ、逆にプラズマ密度分布が悪化す
るためである。
【0056】上記特性は太陽電池製膜のためのプラズマ
CVD薄膜多層膜製造装置についてであるが、2層以上
の膜製膜が必要な場合、同様の手法により、その界面特
性向上を図ることが可能である。
【0057】(実施例5)図5(A),(B)を参照す
る。ここで、図5(A)は実施例5に係るプラズマCV
D薄膜製造装置の全体図、図5(B)は図5(A)の一
構成である放電用電極の説明図を示す。なお、図1と同
部材は同符号を付し、要部のみを説明する。本実施例5
は、実施例1と比べ、放電用電極34の各給電点84a
〜84eに切り替え器81a,81bが接続されるとと
もに、各切り替え器81a,81bには放電用電源35
a,35bがインピーダンス整合器36a,36bを介
して接続され、更に前記切り替え器81a,81bに給
電ON/OFF切り替えタイミングを制御するためのコ
ントローラ82が接続されていることを特徴とする。
【0058】具体的には、図5(B)に示すように、放
電用電極34の各コーナ部に位置する給電点84a,8
4b,84c,84dには放電用電源35aが接続さ
れ、放電用電極34の中央部に位置する給電点84eに
は放電用電源35bが接続されている。
【0059】このように、実施例5では、非晶質シリコ
ン薄膜を製造するために適用されるプラズマCVD薄膜
製造装置において、周波数の異なる2台の放電用電源3
5a,35b、インピーダンス整合器36a,36b、
及び放電用電極34への切り替え器81a,81bを配
置し、低い製膜速度膜と高い製膜速度膜の製膜に応じて
低い製膜速度膜側に低周波数の電源を使用する様、放電
用電源35a,35b、複数の給電点84a〜84eを
切り替えることにより、実施例1に見られた周波数切り
替えによる膜厚分布の改善に加えて、給電点を切り替え
ることにより、更に膜厚分布改善が図られる。これは以
下のことで説明される。
【0060】電源から電力を供給する場合、ある周波数
に対して、給電ケーブル、放電用電極上に定在波と呼ば
れる電位の波状空間分布が発生する。この電位分布の節
と節の距離は周波数の逆数に比例して波長を反映してお
り、給電点数が複数の場合、電位分布は各給電点にて生
じる定在波分布の重ね合わせとなる。
【0061】従って、同一給電点への電力供給に対して
その電源周波数を変化させた場合、電位分布の腹節の位
置が移動するので、周波数変化前の周波数に対して均一
な電位分布が得られていたのに対して、周波数変化後に
電位分布が悪化することが発生する。
【0062】これに対して、放電用電源切り替えによる
放電周波数切り替えと同時に複数の給電点を切り替える
ことにより、設定した周波数に対して、均一な電位分布
が得られる様、給電点を選ぶことができるため、実施例
1に見られた周波数切り替えによる膜厚分布の改善効果
に加えて、更に膜厚分布改善が図られる。
【0063】事実、初期膜、後期膜13〜60MHz、
バルク膜40〜100MHz、電極寸法400mm×4
00mm、基板寸法300mm×300mmの条件で製
膜を実施し、図7に示す非晶質シリコン太陽電池を製作
した結果、電極4角の給電点を同一として電源のみを切
り替えた場合に、初期膜、後期膜膜厚分布±10%以
内、バルク膜の膜厚分布±20%以内であったのに対し
て、バルク膜製膜時に電極給電点を8点に増加させた結
果、バルク膜の膜厚分布±10%以内で膜形成を行うこ
とができ、基板全面に高品質の太陽電池を製造すること
ができた。
【0064】上記特性は太陽電池製膜のためのプラズマ
CVD薄膜多層膜製造装置についてであるが、2層以上
の膜製膜が必要な場合、同様の手法により、その界面特
性向上を図ることが可能である。
【0065】なお、上記実施例5では、放電用電極に給
電点が5つ設けられ、2つの周波数の異なる放電用電源
が各給電点に任意に接続されている場合について述べた
が、給電点の数や位置、放電用電源の数はこれに限ら
ず、例えば5つの給電点に対し5つの放電用電源を夫々
個別に接続させる等任意の組み合わせが可能である。
【0066】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、周
波数の異なる2台以上の電源を配置したり、周波数が可
変の放電用電源を配置することにより、製膜速度に寄ら
ず共に均一な膜分布を得られるプラズマCVD薄膜製造
装置を提供を提供できる。
【0067】また、本発明によれば、周波数の異なる2
台以上の放電用電源を製膜に応じて切り替えることによ
り、あるいは周波数が可変の放電用電源の放電周波数を
製膜に応じて放電周波数を切り替えることにより、製膜
速度に寄らず共に均一な膜分布を得られる製膜方法を提
供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係るプラズマCVD薄膜製
造装置の説明図。
【図2】本発明の実施例2に係るプラズマCVD薄膜製
造装置の説明図。
【図3】本発明の実施例3に係るプラズマCVD薄膜製
造装置の説明図。
【図4】本発明の実施例4に係るプラズマCVD薄膜製
造装置の説明図。
【図5】本発明の実施例5に係るプラズマCVD薄膜製
造装置の説明図。
【図6】従来のプラズマCVD薄膜製造装置の説明図。
【図7】非晶質シリコン太陽電池の断面図。
【符号の説明】
31…真空容器、 32…基板加熱ヒータ、 34…放電用電極、 35a,35b…放電用電源、 36a,36b…インピーダンス整合器、 37,81a,81b…電源切り替え器、 38…基板、 39…製膜表面ヒータ用電源、 40…製膜表面ヒータ、 41…ガス導入管、 42…排気管、 43…真空ポンプ、 51…周波数可変の放電用電源、 52…可変周波数対応の整合器、 61,82…コントローラ、 71…直流電源、 72…空間的変動磁界発生用コイル、 73…磁界発生用電源、 84a,84b,84c,84d,84…給電点。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 良昭 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三菱重工業株式会社長崎研究所内 (56)参考文献 特開 平11−74550(JP,A) 特開 平2−129377(JP,A) 特開 平6−77144(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 H01L 21/31 H01L 31/04 H05H 1/46

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空容器と、この真空容器内にガスを導
    入する導入手段と、前記真空容器内を排気する排気手段
    と、前記真空容器内に配置され、基板を支持する基板加
    熱用ヒータと、前記真空容器内に前記基板と対向するよ
    うに配置された放電用電極と、この放電用電極に接続さ
    れた電源切り替え器と、この電源切り替え器に接続され
    た周波数の異なる2台以上の放電用電源と、前記基板加
    熱用ヒータと放電用電極間に配置された製膜表面ヒータ
    とを具備し、基板に形成する製膜の速度に応じて前記放
    電用電源の種類を切り替えることを特徴とするプラズマ
    CVD薄膜製造装置。
  2. 【請求項2】 真空容器と、この真空容器内にガスを導
    入する導入手段と、前記真空容器内を排気する排気手段
    と、前記真空容器内に配置され、基板を支持する基板加
    熱用ヒータと、前記真空容器内に前記基板と対向するよ
    うに配置された放電用電極と、この放電用電極に接続さ
    れた可変周波数対応の整合器と、この整合器に接続され
    た周波数が可変の放電用電源と、前記基板加熱用ヒータ
    と放電用電極間に配置された製膜表面ヒータとを具備
    し、基板に形成する製膜の速度に応じて前記放電用電源
    の周波数を切り替えることを特徴とするプラズマCVD
    薄膜製造装置。
  3. 【請求項3】 真空容器と、この真空容器内にガスを導
    入する導入手段と、前記真空容器内を排気する排気手段
    と、前記真空容器内に配置され、基板を支持する基板加
    熱用ヒータと、前記真空容器内に前記基板と対向するよ
    うに配置された放電用電極と、この放電用電極に接続さ
    れた電源切り替え器と、この電源切り替え器に接続され
    た周波数の異なる2台以上の放電用電源と、前記基板加
    熱用ヒータと放電用電極間に配置された製膜表面ヒータ
    と、前記製膜表面ヒータに電気的に接続した直流電源
    と、真空容器の外周部に配置された、プラズマ生成部に
    磁界を印加するための空間的磁界発生用コイルと、この
    空間的磁界発生用コイルに電気的に接続された磁界発生
    用電源とを具備することを特徴とするプラズマCVD薄
    膜製造装置。
  4. 【請求項4】 真空容器と、この真空容器内にガスを導
    入する導入手段と、前記真空容器内を排気する排気手段
    と、前記真空容器内に配置され、基板を支持 する基板加
    熱用ヒータと、前記真空容器内に前記基板と対向するよ
    うに配置された放電用電極と、この放電用電極に接続さ
    れた電源切り替え器と、この電源切り替え器に接続され
    た周波数の異なる2台以上の放電用電源と、前記基板加
    熱用ヒータと放電用電極間に配置された製膜表面ヒータ
    とを具備し、放電用電極には複数の給電点が設けられ、
    前記電源切り替え器は前記給電点の数に応じて複数個配
    置され、前記電源切り替え器には夫々周波数の異なる放
    電用電源が夫々接続され、更に前記各電源切り替え器に
    は給電ON/OFF切り替えタイミングを制御するコン
    トローラが接続されていることを具備することを特徴と
    するプラズマCVD薄膜製造装置。
  5. 【請求項5】 真空容器と、この真空容器内にガスを導
    入する導入手段と、前記真空容器内を排気する排気手段
    と、前記真空容器内に配置され、基板を支持する基板加
    熱用ヒータと、前記真空容器内に前記基板と対向するよ
    うに配置された放電用電極と、この放電用電極に接続さ
    れた電源切り替え器と、この電源切り替え器に接続され
    た周波数の異なる2台以上の放電用電源と、前記基板加
    熱用ヒータと放電用電極間に配置された製膜表面ヒータ
    とを具備するプラズマCVD薄膜製造装置を用いて製膜
    する方法であり、基板に形成する製膜の速度に応じて前
    記放電用電源の種類を切り替えることを特徴とする製膜
    方法
  6. 【請求項6】 真空容器と、この真空容器内にガスを導
    入する導入手段と、前記真空容器内を排気する排気手段
    と、前記真空容器内に配置され、基板を支持する基板加
    熱用ヒータと、前記真空容器内に前記基板と対向するよ
    うに配置された放電用電極と、この放電用電極に接続さ
    れた可変周波数対応の整合器と、この整合器に接続され
    た周波数が可変の放電用電源と、前記基板加熱用ヒータ
    と放電用電極間に配置された製膜表面ヒータとを具備す
    プラズマCVD薄膜製造装置を用いて製膜する方法で
    あり、基板に形成する製膜の速度に応じて前記放電用電
    源の周波数を変えることを特徴とする製膜方法。
  7. 【請求項7】 請求項記載のプラズマCVD薄膜製造
    装置を用いて製膜する方法であり、基板に形成する製膜
    の速度に応じて前記放電用電源の周波数を変えることを
    特徴とする製膜方法。
  8. 【請求項8】 請求項4記載のプラズマCVD薄膜製造
    装置を用いて製膜する方法であり、基板に形成する製膜
    の速度に応じて前記放電用電源の周波数を変えることを
    特徴とする製膜方法。
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