JP4119820B2 - プラズマｃｖｄ装置および光電変換装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置と、それを用いた微結晶シリコン、及びアモルファスシリコンの高速・高品質製膜方法に関する。

太陽電池などの光電交換装置の製造において、半導体層の製膜は重要な技術課題の一つである。例えば、タンデム太陽電池の製造工程においては、アモルファスシリコン層と微結晶シリコン層の製膜工程が含まれる。太陽電池パネルの面積の増大に伴う製膜の高速化・低コスト化、および、特に微結晶シリコン層の製膜工程における生成膜の高品質化は重要な技術課題である。アモルファスシリコンや微結晶シリコンなどの半導体の製膜に用いられる装置として、プラズマＣＶＤ装置が知られている。プラズマＣＶＤ装置内の放電電極として、例えばラダー電極が知られている。ラダー電極は、高周波電圧の制御、また電界分布の均一化において優れた特性を有している。

図１Ａは、ラダー電極を備える従来のプラズマＣＶＤ装置の一例を示す概略図である。プラズマＣＶＤ装置１は、反応容器２と、高周波電源７と、反応容器２に収容され高周波電源７と接続されたラダー電極（放電電極）３を有する。ラダー電極３に対向するように接地電極４が配置されており、半導体膜が蒸着される被処理体としての基板５は、その接地電極４上に保持される。接地電極４は、基板５を加熱するためのヒータ６を内蔵している。ガス供給管８およびガス排気管９は、反応容器２の所定の場所に設置されている。反応ガス１０は、ガス供給源（図示されていない）からガス供給管８を通して反応容器２に導入される。反応ガス１０としては、シラン（ＳｉＨ４）ガスが例示される。図示されていない真空ポンプは、ガス排気管９を通してガスを排気し、反応容器２内の圧力を調整する。

図１Ｂは、図１Ａ中のＡから見たラダー電極３の構造を示す概略図である。複数の縦方向電極棒１２と一対の横方向電極棒１３とが梯子状に組み立てられ、ラダー電極３が構成されている。図１Ａに示すように、縦方向電極棒１２の断面は円形であり、その直径として６ｍｍが例示される。隣接する縦方向電極棒１２間の距離ｐとして７ｍｍが例示される。隣接する縦方向電極棒１２の中心間の距離ｑ（ピッチ）として１３ｍｍが例示される。

図１Ａにおいて、ラダー電極３と基板５の間の距離ｄは、例えば１３ｍｍと設定される。ガス供給管８からシランガスが反応ガス１０として反応容器２に導入される。高周波電源７を用いラダー電極３に高周波電圧を印加することによって、ラダー電極３と基板５の間の領域にプラズマ１１が生成される。このように、気相の反応ガス１０が活性化されることにより、基板５表面に所望の半導体膜、例えばアモルファスシリコン膜が生成される。このようなラダー電極型プラズマＣＶＤ装置は特許文献１に記載されている。

また、特許文献２において、薄膜を高速に均一に製膜することを目的としたプラズマＣＶＤ装置が開示されている。そのプラズマＣＶＤ装置は、ホロカソードタイプの放電電極を備えている。その放電電極は複数のガス吹き出し穴を備えており、その穴を通して非処理体である基板表面に向けてガスが供給される。

大面積の基板に高速に膜を生成する手段として、入力電力を大きくすることが考えられる。この場合、過剰なエネルギーをもったイオンによる生成膜へのイオンダメージ、基板温度の上昇、電極の熱変形などの原因により、均一で高品質な膜を生成することが困難である。イオンダメージなどによる影響をなくし、均一で高速な膜を生成する技術が望まれる。

大面積の基板に高速に膜（アモルファスシリコンや微結晶シリコン）を生成する他の手段として、放電電極と被処理体である基板との間の距離（以下、ギャップと参照される）を小さくすることが考えられる。特に、微結晶シリコンの製膜の場合、反応ガスの結晶化率はギャップに依存する。ギャップが大きいほど反応ガスからの原子状水素到達量の低下により結晶化率は下がり、アモルファス化する割合が増加する。製膜時のギャップとして、５〜１０ｍｍが例示される。

図２は、図１ＡにおけるプラズマＣＶＤ装置において、ラダー電極３と基板５のギャップｄを例えば５ｍｍに設定した場合の、プラズマ１１の発生の様子を表す概念図である。この場合、プラズマ１１は、ラダー電極３と基板５との間に均一に分布せずに、ラダー電極３の電極棒に対応した領域に偏って生成される。つまり、電極棒間の領域におけるプラズマは相対的に希薄になる。これは、ギャップｄが小さくなるにつれて、ラダー電極３のサイズが無視できなくなり、場所によって結晶化率が異なってくることに起因する。この結果、製膜工程が終了した基盤５の表面には、ラダー電極３のピッチ（図２中の距離ｑ）に対応したムラが生じる。このムラが、製造されたモジュールの特性低下の原因となる。

大面積太陽電池の製造工程において、均一で高品質な微結晶シリコン膜やアモルファスシリコン膜を高速に生成することが求められている。

特許２９８９２７９号公報 特開２００１−１５５９９７号公報

本発明の課題は、大面積の基板に高品質な膜を均一に生成することができるプラズマＣＶＤ装置、および光電変換装置の製造方法を提供することにある。

本発明の他の課題は、大面積の基板に高品質な膜を高速に生成することができるプラズマＣＶＤ装置、および光電変換装置の製造方法を提供することにある。

本発明の更に他の課題は、大面積の基板に膜を低パワーで生成し、生成膜へのイオンダメージを低減することができるプラズマＣＶＤ装置、および光電変換装置の製造方法を提供することにある。

以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。これらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置（１）は、高周波電源（７）と接続される第一電極（２０）と、第一電極（２０）に対向するように配置された第二電極（４）とを具備する。第一電極（２０）は複数の溝（２１、２３）を備える。被処理体である基板（５）は第一電極（２０）に対向するように第二電極（４）により保持される。複数の溝（２１、２３）の各々の幅は、基板（５）と第一電極（２０）の間の距離以下である。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置（１）において、複数の溝は、第一電極（２０）を貫通する複数の貫通溝（２１）を含んでもよい。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置（１）において、複数の溝は、第一電極（２２）を貫通しない複数の非貫通溝（２３）を含んでもよい。複数の非貫通溝（２３）は、基板（５）に対向するように形成される。この時、通気孔（２４）が第一電極（２２）を貫通するように第一電極（２２）に形成されてもよい。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置（１）において、複数の溝は、第一電極（２５）を貫通する複数の貫通溝（２１）と、第一電極（２５）を貫通しない複数の非貫通溝（２３）を含んでもよい。複数の非貫通溝（２３）は、基板（５）に対向するように形成される。第一電極（２６）は、ガス（１０）を非貫通溝（２３）に供給するガス供給機構（２７）を具備してもよい。また、複数の貫通溝（２１）と複数の非貫通溝（２３）は、交互に配置されてもよい。

本発明のプラズマＣＶＤ装置（１）において、複数の溝（２１、２３）の各々の幅は、第一電極（２０、２２、２５、２６）近傍に形成されるプラズマシースの厚みの２倍以上である。複数の溝（２１、２３）の幅は、略等しくてもよい。複数の溝（２１、２３）は、それぞれ略平行に形成されてもよい。

本発明による光電変換装置の製造方法によれば、プラズマＣＶＤ装置（１）は、反応容器（２）と、反応容器（２）に反応ガス（１０）を供給するガス供給機構（８）とを備える。反応容器（２）は、第一電極（２０）と、第一電極（２０）に対向するように配置された第二電極（４）とを備える。第一電極（２０）は複数の溝（２１、２３）を備える。
本発明による光電変換装置の製造方法は、（ａ）第一電極（２０）と第二電極（４）の間に、第一電極（２０）への距離が複数の溝（２１、２３）の各々の幅以上になるように、基板（５）を配置するステップと、（ｂ）ガス供給機構（８）を用い反応ガス（１０）を反応容器（２）に供給するステップと、（ｃ）反応ガスを用い第一電極（２０）と基板（５）の間の領域にプラズマ（１１）を発生させるステップと、（ｄ）プラズマ（１１）を用い基板（５）に膜を生成するステップを具備する。

本発明による光電変換装置の製造方法において、プラズマＣＶＤ装置（１）中の複数の溝は、第一電極（２０）を貫通する複数の貫通溝（２１）を含んでもよい。

本発明による光電変換装置の製造方法において、プラズマＣＶＤ装置（１）中の複数の溝は、第一電極（２２）を貫通しない複数の非貫通溝（２３）を含んでもよい。複数の非貫通溝（２３）は基板（５）に対向している。

本発明による光電変換装置の製造方法の上記（ｃ）発生させるステップにおいて、複数の溝（２１、２３）の各々の幅が、第一電極（２０、２２、２５、２６）近傍に形成されるプラズマシースの厚さの２倍以上になるように、プラズマ（１１）が制御されてもよい。

本発明による光電変換装置の製造方法によれば、プラズマＣＶＤ装置（１）において、ガス供給機構（２７）は第一電極（２６）に設けられてもよい。この時、上記（ｂ）供給するステップにおいて、反応ガス（１０）は、ガス供給機構（２７）により複数の非貫通溝（２３）の内部に供給されてもよい。また、複数の貫通溝（２１）と複数の非貫通溝（２３）は交互に配置されてもよい。この時、本発明による光電変換装置の製造方法は、（ｅ）ガスを複数の貫通溝（２１）を通して排気するステップを更に具備してもよい。

本発明のプラズマＣＶＤ装置、および光電変換装置の製造方法によれば、大面積の基板に高品質な膜を均一に生成することができる。

本発明のプラズマＣＶＤ装置、および光電変換装置の製造方法によれば、大面積の基板に高品質な膜を高速に生成することができる。

本発明のプラズマＣＶＤ装置、および光電変換装置の製造方法によれば、大面積の基板に膜を低パワーで生成し、生成膜へのイオンダメージを低減することができる。

添付図面を参照して、本発明によるプラズマＣＶＤ装置について説明する。

（第一の実施の形態）
図３Ａは、本発明の第一の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置を表す概略図である。尚、図３Ａにおいて、図１Ａ中の構成と同様の構成には同じ符号が付されている。

プラズマＣＶＤ装置１は、反応容器２と、高周波電源７と、反応容器２に収容され高周波電源７と接続された放電電極２０を有する。放電電極２０に対向するように接地電極４が配置されており、半導体膜が蒸着される被処理体としての基板５は、その接地電極４上に保持される。接地電極４は接地されている。また、接地電極４は、基板５を加熱するためのヒータ６を内蔵している。ガス供給管８およびガス排気管９は、反応容器２の所定の場所に設置されている。反応ガス１０は、ガス供給源（図示されていない）からガス供給管８を通して反応容器２に導入される。図示されていない真空ポンプはガス排気管９を通してガスを排気し、反応容器２内の圧力を調整する。

図３Ｂは、図３Ａ中のＡから見た放電電極２０の構造を示す概略図である。本発明の第一の実施の形態において、放電電極２０には複数の溝部が設けられている。この場合、図３Ａに示すように、その複数の溝部は、放電電極２０を貫通する複数の貫通溝２１を含む構成となっている。複数の貫通溝２１の幅は全て等しくてもよい。その複数の貫通溝２１の幅をｐとする。複数の貫通溝２１は、互いに略平行であり、ほぼ等間隔をおいて放電電極２０に形成されてもよい。放電電極２０は、高周波電源７に接続されている。ここで、高周波電源７から放電電極２０への給電部は一箇所とは限らない。

図４は、図３Ａ中の破線円３０で指示された領域の拡大図である。放電電極２０のピッチｑとしては、従来例と同じく１３ｍｍが例示される。高品質な膜を高速製膜するために、放電電極２０と基板５との間の距離ｄ（ギャップ）は小さく設定され、そのギャップｄとして５ｍｍが例示される。この時、本発明の特徴として、貫通溝２１の幅ｐは、ギャップｄ以下に設定されている。貫通溝２１の幅ｐとして４ｍｍが例示される。このような貫通溝２１は、例えば、平らな電極板の所定の場所を打ち抜く、または削ることによって形成される。

プラズマ中の導体にポテンシャルが与えられた時、導体周辺にシースが形成される。図４において、そのシースの厚みをｓとする。貫通溝２１の幅ｐがシースの厚みｓの２倍以上であれば、図４に示すように、貫通溝２１に対応する領域に高密度のプラズマが発生する（ホロープラズマ）。貫通溝２１の幅ｐが大きすぎるとプラズマの閉じ込めができなくなるので、幅ｐはシースの厚みｓの２倍程度でよい。ガス圧や高周波電圧周波数などの条件によって異なるが、シースの厚みｓとして１ｍｍが例示される。この場合、貫通溝２１の幅ｐは２ｍｍ以上に設定される。

このような構成のプラズマＣＶＤ装置１を用いて、基板５にシリコン膜を生成する方法について説明する。まず、基板５と放電電極２０のギャップｄが、貫通溝２１の幅ｐ以上になるように、放電電極２０と接地電極４の間に基板５を配置する。基板５は、接地電極４の上に置かれてもよいし、接地電極４により保持されてもよい。次に、反応ガス１０がガス供給管８から反応容器２に導入される。反応ガス１０として、シラン（ＳｉＨ４）ガスと水素（Ｈ２）ガスの混合ガスが例示される。ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスの割合は、１：１５から１：５０程度である。また、反応容器２内の圧力として、１３３Ｐａから８００Ｐａの範囲が例示される。反応容器２に導入された反応ガス１０は、貫通溝２１を通り放電電極２０と基板５の間の領域に流入する。

高周波電源７を用い、放電電極２０に高周波電圧を印可することによって、放電電極２０と基板５との間にプラズマ１１が発生する。ここで、貫通溝２１の幅ｐが、放電電極２０近傍に形成されるシースの厚さｓの２倍以上になるように、プラズマ１１が制御されてもよい。高周波電力として、０．１Ｗ／ｃｍ^２から２．０Ｗ／ｃｍ^２が例示される。反応ガス１０が活性化されることにより、基板５表面に所望の半導体膜、例えば微結晶シリコン膜が生成される。例えば、０．３Ｗ／ｃｍ^２の高周波電力を用いた場合、３．０ｎｍ／ｓの微結晶シリコンの製膜速度が得られる。その後、ガス類は横方向に流れ、ガス排気管９を通り、外部へ排気される。

本発明の第一の実施の形態によれば、貫通溝２１の幅ｐは、放電電極２０と基板５とのギャップｄ以下になるように形成されている。従って、プラズマ分布の局所的な不均一が緩和される。つまり、高結晶化率や高速製膜を達成するためにギャップを小さくした場合でも、プラズマが偏って発生することはなく均一に分布するという効果が得られる。言いかえれば、本実施の形態により、高品質で均一な膜を基板上に高速に生成することができる。

また、貫通溝２１の角部には強い電界が生じ、貫通溝２１直上には高密度のプラズマが形成される。更に、貫通溝２１の幅ｐがシースの厚みｓの２倍以上であれば、図４に示すように、貫通溝２１に対応する領域に高密度のプラズマが発生する。これら副次的な効果も、放電電極２０の貫通溝２１に対応した領域での結晶化率の低下を抑え、均一な膜を基板５上に高速に生成することに寄与する。

これらのことにより、従来のプラズマＣＶＤ装置に対するパワーと同じパワーの入力にて、ガス分解効率および製膜速度が２０〜３０％向上する。低パワーにて高速で製膜できることから、過剰なエネルギーをもったイオンによる生成膜へのイオンダメージ、基板温度の上昇、電極の熱変形などの原因による膜質の劣化を防ぐことができる。

さらに、図１Ｂに示したような複数の縦方向電極棒１２と一対の横方向電極棒１３を組合せて構成された従来のラダー電極３の場合、縦方向電極棒１２の間隔（図２中の距離ｐ）が例えば５ｍｍ以下になるようにラダー電極３を形成するのは非常に困難である。しかしながら、本発明の第一の実施の形態によれば、例えば平らな電極板の所定の場所を打ち抜くなどの方法によって、狭い幅の貫通溝２１を放電電極２０に容易に形成することが可能である。また、図３Ａ及び３Ｂに示したように、複数の貫通溝２１は、略平行にほぼ同じ間隔（ピッチｑ）をおいて放電電極２０に形成されており、それゆえ放電電極２０はスリット状の構造をしている。従って、図１Ｂに示したような従来のラダー電極の持つ特徴、すなわち高周波電圧制御性および電界分布均一性が失われることはない。

なお、図３Ａ及び図４に示した例によれば、放電電極２０の断面は、長方形が間隔ｐをおいて一列に配置された外見をしている。しかしながら、放電電極２０の断面はこれに限られるものではない。本発明の第一の実施の形態に係る変形例を図５Ａ及び図５Ｂに示す。図５Ａ及び図５Ｂは、図４に対応しており、図３Ａにおける破線円３０で指示された領域の拡大図である。図５Ａに示すように、放電電極２０の断面は、円形が間隔ｐをおいて一列に配置された外見をしていてもよい。また、図５Ｂに示すように、放電電極２０の断面は、角が丸くなった長方形が間隔ｐをおいて一列に配置された外見をしていてもよい。これらの場合においても、貫通溝２１の幅ｐはギャップｄ以下となるように形成される。

（第二の実施の形態）
図６Ａは、本発明の第ニの実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置を表す概略図である。尚、図６Ａにおいて、図３Ａ中の構成と同様の構成には同じ符号が付されている。第ニの実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置は、放電電極の構造において第一の実施の形態のものと異なる。第一の実施の形態におけるプラズマＣＶＤ装置と同一の構成についての説明はここでは省かれる。

第二の実施の形態において、放電電極２２には複数の溝部が設けられている。この場合、図６Ａに示すように、その複数の溝部は、放電電極２２を貫通しない複数の非貫通溝２３を含む構成となっている。図６Ｂは、図６Ａ中のＡから見た放電電極２２の構造を示す概略図である。複数の非貫通溝２３の幅は全て等しくてもよい。複数の非貫通溝２３は、互いに略平行であり、ほぼ等間隔をおいて放電電極２２に形成されてもよい。このような非貫通溝２３は、例えば、平らな電極板の所定の場所を打ち抜く、または削ることによって形成される。また、放電電極２２は、複数の通気孔２４を備えていてもよい。この複数の通気孔２４は、放電電極２２を貫通している（図６Ａ中の点線参照）。放電電極２２は、高周波電源７に接続されている。ここで、高周波電源７から放電電極２２への給電部は一箇所とは限らない。

図７は、図６Ａ中の破線円３１で指示された領域の拡大図である。非貫通溝２３の幅および深さを、それぞれｗおよびｈとする。第一の実施の形態の場合と同じく、プラズマ中の導体にポテンシャルが与えられた時、導体周辺にシースが形成される。図７において、そのシースの厚みをｓとする。非貫通溝２３の幅ｗがシースの厚みｓの２倍以上であれば、図７に示すように、非貫通溝２３に対応した領域に高密度のプラズマが発生する（ホロープラズマ）。非貫通溝２３の幅ｗが大きすぎるとプラズマの閉じ込めができなくなるので、幅ｗはシースの厚みｓの２倍程度でもよい。

ガス圧や高周波電源周波数などの条件によって異なるが、シースの厚みｓとして１ｍｍが例示される。この時、非貫通溝２３の幅は２ｍｍ以上が例示される。この時、非貫通溝２３の深さｈが、非貫通溝２３の幅ｗの２倍程度以上であれば、第一の実施の形態における効果と同様な効果が十分得られる。非貫通溝２３の深さｈとして４ｍｍが例示される。

このような構成のプラズマＣＶＤ装置１を用いて、基板５にシリコン膜を生成する方法は、第一の実施の形態における方法と同様である。ガス供給管８から反応容器２に導入された反応ガス１０は、通気孔２４を通り、放電電極２２と被処理体である基板５の間の領域に流入する。放電電極２２に、高周波電源７によって高周波電圧が印加されると、プラズマ１１が放電電極２２と基板５の間に発生する。その後、ガス類は横方向に流れ、ガス排気管９を通り、外部に排気される。

本発明の第ニの実施の形態によれば、放電電極２２と基板５のギャップｄに依存するプラズマ不均一が解消される。すなわち、本実施の形態において、放電電極２２が備える溝が非貫通溝２３であっても、高品質で均一な膜を基板５上に高速に生成することができる。また、第一の実施の形態の場合と同じく、低パワーにて高速で製膜できることから、過剰なエネルギーをもったイオンによる生成膜へのイオンダメージ、基板温度の上昇、電極の熱変形などの原因による膜質の劣化を防ぐことができる。

（第三の実施の形態）
図８Ａは、本発明の第三の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置を表す概略図である。尚、図８Ａにおいて、図３Ａおよび図６Ａ中の構成と同様の構成には同じ符号が付されている。第三の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置において、放電電極の構造は、第一の実施の形態のものと第二の実施の形態のものとを組合せた構造となっている。その他の同一の構成についての説明はここでは省かれる。

第三の実施の形態において、放電電極２５には複数の溝部が設けられている。この場合、図８Ａに示すように、その複数の溝部は、放電電極２５を貫通する複数の貫通溝２１と、放電電極２５を貫通しない複数の非貫通溝２３を含む構成となっている。図８Ｂは、図８Ａ中のＡから見た放電電極２５の構造を示す概略図である。複数の貫通溝２１と複数の非貫通溝２３の幅は全て等しくてもよい。複数の貫通溝２１と複数の非貫通溝２３は互いに略平行であり、ほぼ等間隔をおいて放電電極２５に形成されてもよい。図８Ｂに示すように、複数の貫通溝２１と複数の非貫通溝２３は交互に形成されてもよい。このような貫通溝２１および非貫通溝２３は、例えば、平らな電極板の所定の場所を打ち抜く、または削ることによって形成される。放電電極２５は高周波電源７に接続されている。ここで、高周波電源７から放電電極２５への給電部は一箇所とは限らない。

第一の実施の形態における場合と同じく、貫通溝２１の幅ｐは、放電電極２５と基板５との間のギャップｄ以下に設定されている。高速製膜や高品質製膜の目的のために、ギャップｄは例えば５ｍｍに設定される。この時、貫通溝２１の幅ｐは５ｍｍ以下に設定される。また、第二の実施の形態における場合と同じく、非貫通溝２３の幅ｗは、放電電極２５近傍に発生するシース（図示せず）の厚みｓの２倍以上である必要がある。非貫通溝２３の幅ｗとして、２ｍｍ程度が例示される。よって、貫通溝２１の幅ｐおよび非貫通溝２３の幅ｗの範囲として、２ｍｍ以上５ｍｍ以下程度が例示される。貫通溝２１の幅ｐと非貫通溝２３の幅ｗは、同じであってもよいし異なっていてもよい。非貫通溝２３の深さｈは、非貫通溝２３の幅ｗの２倍程度以上であればよい。

このような構成のプラズマＣＶＤ装置１を用いて、基板５にシリコン膜を生成する方法は、第一の実施の形態における方法と同様である。ガス供給管８から反応容器２に導入された反応ガス１０は、貫通溝２１を通り、放電電極２５と被処理体である基板５の間の領域に流入する。放電電極２５に、高周波電源７によって高周波電圧が印加されると、プラズマ１１が放電電極２５と基板５の間に発生する。その後、ガス類は横方向に流れ、ガス排気管９を通り、外部に排気される。

本発明の第三の実施の形態によれば、第一及び第二の実施の形態における効果の両方が得られる。すなわち、貫通溝２１の幅ｐがギャップｄ以下になるように形成されていることにより、プラズマ分布の局所的な不均一が緩和される。また、複数の貫通溝２１および複数の非貫通溝２３に対応する領域で高密度のプラズマが発生することでも、プラズマ分布の局所的な不均一が緩和される。よって、本実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置によって、高品質で均一な膜を基板上に高速に生成することができる。

また、第一の実施の形態の場合と同じく、低パワーにて高速で製膜できることから、過剰なエネルギーをもったイオンによる生成膜へのイオンダメージ、基板温度の上昇、電極の熱変形などの原因による膜質の劣化を防ぐことができる。更に、図８Ａ及び８Ｂに示したように、複数の貫通溝２１が、略平行にほぼ同じ間隔をおいて放電電極２５に形成されている場合、図１Ｂに示したような従来のラダー電極の持つ高周波電圧に対する特性が保持される。

（第四の実施の形態）
図９Ａは、本発明の第四の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置を表す概略図である。尚、図９Ａにおいて、図８Ａ中の構成と同様の構成には同じ符号が付されている。第四の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置は、反応ガス供給部の構造において第三の実施の形態のものと異なる。同一の構成についての説明はここでは省かれる。

第四の実施の形態において、放電電極２６は、第三の実施の形態における放電電極２５と類似した構造をしている。すなわち、放電電極２６は、放電電極２６を貫通する複数の貫通溝２１と、放電電極２６を貫通しない複数の非貫通溝２３を含む構成となっている。図９Ｂは、図９Ａ中のＡから見た放電電極２６の構造を示す概略図である。複数の貫通溝２１と複数の非貫通溝２３の幅は全て等しくてもよい。複数の貫通溝２１と複数の非貫通溝２３は互いに略平行であり、ほぼ等間隔をおいて放電電極２６に形成されてもよい。図９ｂに示すように、複数の貫通溝２１と複数の非貫通溝２３は交互に形成されてもよい。放電電極２６は高周波電源７に接続されている。ここで、高周波電源７から放電電極２６への給電部は一箇所とは限らない。

上記の構造に加え、第四の実施の形態において、放電電極２６は、ガス供給孔２７を更に備える。そのガス供給孔２７は、反応ガス１０を非貫通溝２３の領域に供給できるように設けられている。図９Ａおよび図９Ｂにおいては、非貫通溝２３の底部に複数のガス供給孔２７が所定の間隔を隔てて設けられている。前述の第一から第三の実施の形態において、反応容器２の所定の位置に設けられたガス供給管８は、本実施の形態においては存在しない。

第一の実施の形態における場合と同じく、貫通溝２１の幅ｐは、放電電極２６と基板５との間のギャップｄ以下に設定されている。高速製膜や高品質製膜の目的のために、ギャップｄは例えば５ｍｍに設定される。この時、貫通溝２１の幅ｐは５ｍｍ以下に設定される。また、第二の実施の形態における場合と同じく、非貫通溝２３の幅ｗは、放電電極２６近傍に発生するシース（図示せず）の厚みｓの２倍以上である必要がある。非貫通溝２３の幅ｗとして、２ｍｍ程度が例示される。よって、貫通溝２１の幅ｐと非貫通溝２３の幅ｗの範囲として、２ｍｍ以上５ｍｍ以下程度が例示される。貫通溝２１の幅ｐと非貫通溝２３の幅ｗは、同じであってもよいし異なっていてもよい。非貫通溝２３の深さｈは、非貫通溝２３の幅ｗの２倍程度以上であればよい。

このような構成のプラズマＣＶＤ装置１を用いた製膜工程において、反応ガス１０は、ガス供給孔２７を通して、非貫通溝２３内部へ供給される。その後、反応ガス１０は、放電電極２６と基板５の間の領域に流入する。放電電極２６に、高周波電源７によって高周波電圧が印加されると、プラズマ１１が放電電極２６と基板５の間に発生する。本実施の形態において、ガス類は貫通溝２１を通りぬけて、基板５から離れる方向へ流出することができる。そのガス類は、反応容器２の所定の位置に設けられたガス排気管９を通して外部に排気される。

基板に高速に半導体層を製膜するために、反応ガスの供給量を増加させることが考えられる。しかしながら、基板の面積が大きく（例えば１ｍ角の基板）、且つ基板と放電電極とのギャップが小さい（例えば５ｍｍ）場合においては、放電電極周辺への反応ガスの供給が不均一になる傾向にある。本発明の第四の実施の形態によれば、反応ガス１０が非貫通溝２３に対して供給され、ガス類が隣接する貫通溝２１より排気されることから、ガス類の流れの均一性が増す効果、および、ガス分解効率が向上する効果が得られる。

また、本実施の形態によれば、第三の実施の形態における効果と同様の効果が得られる。すなわち、貫通溝２１の幅ｐがギャップｄ以下になるように形成されていることにより、プラズマ分布の局所的な不均一が緩和される。また、複数の貫通溝２１および複数の非貫通溝２３に対応する領域で高密度のプラズマが発生することでも、プラズマ分布の局所的な不均一が緩和される。よって、本実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置によって、高品質で均一な膜を基板上に高速に生成することができる。

また、第三の実施の形態の場合と同じく、低パワーにて高速で製膜できることから、過剰なエネルギーをもったイオンによる生成膜へのイオンダメージ、基板温度の上昇、電極の熱変形などの原因による膜質の劣化を防ぐことができる。更に、図９Ａ及び９Ｂに示したように、複数の貫通溝２１が、略平行にほぼ同じ間隔をおいて放電電極２６に形成されている場合、図１Ｂに示したような従来のラダー電極の持つ高周波電圧に対する特性が保持される。

図１Ａは、ラダー電極を備える従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。 図１Ｂは、図１Ａにおけるラダー電極の構造を示す平面図である。 図２は、ラダー電極を備える従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。 図３Ａは、本発明の第一の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。 図３Ｂは、本発明の第一の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の放電電極の構造を示す平面図である。 図４は、図３Ａ中の破線円で指示された領域の拡大図である。 図５Ａは、本発明の第一の実施の形態に係る放電電極の他の例を示す図である。 図５Ｂは、本発明の第一の実施の形態に係る放電電極の更に他の例を示す図である。 図６Ａは、本発明の第ニの実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。 図６Ｂは、本発明の第ニの実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の放電電極の構造を示す平面図である。 図７は、図６Ａ中の破線円で指示された領域の拡大図である。 図８Ａは、本発明の第三の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。 図８Ｂは、本発明の第三の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の放電電極の構造を示す平面図である。 図９Ａは、本発明の第三の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。 図９Ｂは、本発明の第三の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の放電電極の構造を示す平面図である。

符号の説明

１ プラズマＣＶＤ装置
２ 反応容器
４ 接地電極
５ 基板
６ ヒータ
７ 高周波電源
８ ガス供給管
９ ガス排気管
１０ 反応ガス
１１ プラズマ
２０、２２、２５、２６ 放電電極
２１ 貫通溝
２３ 非貫通溝
２４ 通気孔
２７ ガス供給孔

Claims (6)

1. 複数の溝を備え、高周波電圧が印加される第一電極と、
   前記第一電極に対向するように配置された、基板を保持するための第二電極と
   を具備し、
   前記複数の溝は、前記第一電極を貫通する複数の貫通溝と、前記第一電極を貫通せず前記基板に対向する複数の非貫通溝とを含み、
   前記第一電極は、ガスを前記複数の非貫通溝に供給するガス供給機構を備え、
   前記複数の貫通溝の各々の幅は、前記基板と前記第一電極の間の距離以下である
   プラズマＣＶＤ装置。
2. 請求項１において、
   前記複数の貫通溝と前記複数の非貫通溝は交互に配置されている
   プラズマＣＶＤ装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記複数の溝の幅は等しい
   プラズマＣＶＤ装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項において、
   前記複数の溝はそれぞれ平行に形成されている
   プラズマＣＶＤ装置。
5. 反応容器と、
   複数の溝を備え、高周波電圧が印加される第一電極と、
   前記第一電極に対向するように配置された、基板を保持するための第二電極と
   を具備し、
   前記複数の溝は、前記第一電極を貫通する複数の貫通溝と、前記第一電極を貫通せず前記基板に対向する複数の非貫通溝とを含み、
   前記第一電極は、反応ガスを前記複数の非貫通溝に供給するガス供給機構を備えるプラズマＣＶＤ装置を用いる光電変換装置の製造方法であって、
   （ａ）前記第一電極と前記基板の距離が前記複数の貫通溝の各々の幅以上になるように、前記第二電極上に基板を配置するステップと、
   （ｂ）前記ガス供給機構から前記複数の非貫通溝を通して前記反応ガスを前記反応容器に供給するステップと、
   （ｃ）高周波電圧を印加して前記第一電極と前記基板の間の領域にプラズマを発生させるステップと、
   （ｄ）前記基板に膜を生成するステップとを具備する
   光電変換装置の製造方法。
6. 請求項５において、
   前記複数の貫通溝と前記複数の非貫通溝は交互に配置され、
   （ｅ）前記反応ガスを前記複数の貫通溝を通して排気するステップを更に具備する
   光電変換装置の製造方法。

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