JP5084784B2 - Microcrystalline silicon film manufacturing apparatus and microcrystalline silicon film manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、微結晶シリコン膜の製造装置および微結晶シリコン膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a microcrystalline silicon film manufacturing apparatus and a microcrystalline silicon film manufacturing method.
従来から薄膜太陽電池では、太陽光スペクトルを幅広く有効利用すべく、バンドギャップの異なる材料からなる複数の光電気変換層(半導体層)を透光性絶縁基板上に積層したタンデム構造が採用されている。特にシリコン系の薄膜太陽電池の場合は、半導体層としてアモルファスシリコンセルと微結晶シリコンセルとを積層した構造とされることが多い。ここで、各セルはp型膜、i型膜、n型膜を重ねた構造となっており、i型膜は発電層、p型膜とn型膜は内蔵電界を形成するための層である。 Conventionally, thin film solar cells have adopted a tandem structure in which a plurality of photoelectric conversion layers (semiconductor layers) made of materials with different band gaps are stacked on a translucent insulating substrate in order to effectively use the solar spectrum widely. Yes. In particular, in the case of a silicon-based thin-film solar cell, an amorphous silicon cell and a microcrystalline silicon cell are often laminated as a semiconductor layer. Here, each cell has a structure in which a p-type film, an i-type film, and an n-type film are stacked. The i-type film is a power generation layer, and the p-type film and the n-type film are layers for forming a built-in electric field. is there.
微結晶シリコンセルでは、発電層のi型膜としては適度に結晶化した膜を適用するのが望ましいとされている。通常、微結晶シリコン膜は、原料にシランガス(SiH4)と水素ガス(H2)とを用いたプラズマ化学気相成長(PE−CVD)法で形成されることが多く、その結晶化率は、原料ガスの流量比(H2/SiH4)と、製膜時に印加する高周波電力と、により大きく変化することが報告されている。実際、多くの研究機関、企業では、これらの製膜パラメータを調整・最適化することで、目標とする結晶化率の微結晶シリコン膜を実現しようとしている。 In microcrystalline silicon cells, it is desirable to apply a moderately crystallized film as the i-type film of the power generation layer. Usually, a microcrystalline silicon film is often formed by a plasma chemical vapor deposition (PE-CVD) method using silane gas (SiH 4 ) and hydrogen gas (H 2 ) as raw materials, and its crystallization rate is It has been reported that the flow rate ratio of raw material gas (H 2 / SiH 4 ) and the high frequency power applied during film formation vary greatly. In fact, many research institutions and companies are trying to realize microcrystalline silicon films with a target crystallization rate by adjusting and optimizing these film forming parameters.
プラズマCVD法により微結晶シリコン膜を一定条件下で成長させた場合、まず、製膜初期に低結晶のアモルファス層が100nm程度の厚さで基板上に形成され(incubation layer)、その上から結晶化率の高い膜が序々に成長する挙動が確認されている。通常、このようなincubation layerは膜中の欠陥密度が高く、太陽電池の発電層に適用した場合には、光照射で発生したキャリア(電子、正孔)をトラップし、発電電流を損失させることが懸念される。 When a microcrystalline silicon film is grown under a certain condition by a plasma CVD method, a low-crystalline amorphous layer is first formed on a substrate with a thickness of about 100 nm (incubation layer) at the initial stage of film formation, and then a crystal is formed thereon. It has been confirmed that a film with a high conversion rate grows gradually. Usually, such an incubation layer has a high defect density in the film, and when applied to a power generation layer of a solar cell, it traps carriers (electrons and holes) generated by light irradiation and loses the generated current. Is concerned.
このため、従来のi型微結晶シリコン製膜では、結晶化率が高くなる条件で初期層を100nm程度製膜した後、通常条件でバルク部(〜2μm)を形成する二段階プロセスの適用によりincubation layerの形成を抑制するといった製膜方法の検討がなされている(例えば、非特許文献1参照)。 For this reason, in the conventional i-type microcrystalline silicon film formation, the initial layer is formed to a thickness of about 100 nm under the condition that the crystallization rate is high, and then a two-stage process is performed in which a bulk part (˜2 μm) is formed under normal conditions. Studies have been made on a film forming method for suppressing the formation of an incubation layer (for example, see Non-Patent Document 1).
また、i型微結晶シリコンの製膜中に、成膜室内におけるラジカル種(SiHx、H)の密度をin−situで測定し(成膜室の内壁に設けられた観察窓からラジカル種の発光強度を分光器で測定)、製膜開始から終了までの間、ラジカル密度が一定となるように製膜条件(SiH4、H2供給量、印加電力)にフィードバックをかけるような製膜方法、製膜装置を実現することで、incubation layerの形成を抑制する検討がなされている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, during the deposition of i-type microcrystalline silicon, the density of radical species (SiH x , H) in the film formation chamber was measured in-situ (from the observation window provided on the inner wall of the film formation chamber, A film forming method in which feedback is applied to film forming conditions (SiH 4 , H 2 supply amount, applied power) so that the radical density is constant from the start to the end of film formation. Studies have been made to suppress the formation of the incubation layer by realizing a film forming apparatus (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記の非特許文献1における微結晶シリコンの製造方法では、初期層の製膜条件が製膜前に固定されており、プロセス中にフィードバックがかからないために膜質が安定せず、作製した太陽電池の特性がロット間でばらつくという問題があった。 However, in the method for producing microcrystalline silicon in Non-Patent Document 1 described above, the film formation conditions of the initial layer are fixed before film formation, and no feedback is applied during the process. There was a problem that the battery characteristics varied from lot to lot.
また、上記の特許文献1における薄膜製造装置では、製膜室の内壁にラジカル発光強度をモニタリングするための観察窓が設けられており、製膜中に窓表面に膜堆積が進んで窓が曇り、発光強度を正確に計測できなくなるという問題があった。ラジカル密度を正確に測定できなくなると、製膜条件のフィードバックの自動制御を適切に行うことができなくなる。また、窓表面にパージガス(不活性ガス)を流すことで膜堆積の抑制を図ろうとしても、窓の曇りを完全に防ぐことは不可能である。 Moreover, in the thin film manufacturing apparatus in Patent Document 1 described above, an observation window for monitoring radical emission intensity is provided on the inner wall of the film forming chamber. During film formation, film deposition progresses on the window surface and the window becomes cloudy. There is a problem that the emission intensity cannot be measured accurately. If the radical density cannot be measured accurately, automatic feedback control of film forming conditions cannot be performed appropriately. Further, even if an attempt is made to suppress film deposition by flowing a purge gas (inert gas) over the window surface, it is impossible to completely prevent fogging of the window.
通常、薄膜太陽電池セルは、一辺が1メートル以上の大面積ガラス基板上に形成される。上記の非特許文献1、特許文献1における製膜装置、製膜方法で作製した微結晶シリコン膜では、このような大面積ガラス基板上の面内で均一に製膜初期のincubation layer形成の抑制を実現することは不可能である。基板面内で製膜初期層の結晶化率がばらついた場合は、作製した太陽電池セルの発電効率も基板面内でばらつき、製品の歩留まり低下に直結することが懸念される。 Usually, a thin film photovoltaic cell is formed on a large-area glass substrate having a side of 1 meter or more. In the microcrystalline silicon film manufactured by the film forming apparatus and the film forming method described in Non-Patent Document 1 and Patent Document 1, the formation of the incubation layer at the initial stage of film formation is uniformly uniform within the surface on such a large-area glass substrate. Is impossible to achieve. When the crystallization ratio of the initial layer of film formation varies within the substrate surface, the power generation efficiency of the produced solar cells also varies within the substrate surface, and there is a concern that the yield of products may be directly reduced.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、膜質の安定した微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成可能な微結晶シリコン膜の製造装置および微結晶シリコン膜の製造方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a microcrystalline silicon film manufacturing apparatus and a microcrystalline silicon film manufacturing method capable of forming a microcrystalline silicon film having a stable film quality with a high yield. To do.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる微結晶シリコン膜の製造装置は、透光性を有する被処理基板が基板ステージ上に保持され、前記被処理基板の被製膜面に向けて原料ガスを供給した状態で前記原料ガスのプラズマを発生させて前記プラズマにより前記原料ガスを分解して前記被製膜面に堆積させることで微結晶シリコン膜の製膜を行う製膜室と、前記微結晶シリコン膜の結晶化率を、前記被処理基板における前記被製膜面と反対側からラマン分光法により前記基板ステージおよび前記被処理基板を通して測定する測定手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the present invention has a light-transmitting target substrate held on a substrate stage, and the target substrate is manufactured. The source gas is supplied toward the film surface, plasma of the source gas is generated, the source gas is decomposed by the plasma, and deposited on the film surface to form a microcrystalline silicon film. A film forming chamber; and a measuring means for measuring the crystallization rate of the microcrystalline silicon film through the substrate stage and the substrate to be processed by Raman spectroscopy from the opposite side of the substrate to be processed in the substrate to be processed. It is characterized by providing.
本発明によれば、膜厚方向において結晶化率が略均一な、膜質の安定した微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる、という効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that a microcrystalline silicon film having a substantially uniform crystallization rate in the film thickness direction and having a stable film quality can be formed with a high yield.
以下に、本発明にかかる微結晶シリコン膜の製造装置および微結晶シリコン膜の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。 Embodiments of a microcrystalline silicon film manufacturing apparatus and a microcrystalline silicon film manufacturing method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置の成膜室内部の構造を説明するための模式図である。図1では、微結晶シリコン膜の製造装置により微結晶シリコン膜を製膜している状態を示している。実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置は、薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)のi型微結晶シリコン膜(発電層)の形成に用いることが可能である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the structure of the inside of a film forming chamber of a microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 shows a state in which a microcrystalline silicon film is formed by a microcrystalline silicon film manufacturing apparatus. The apparatus for producing a microcrystalline silicon film according to the first embodiment can be used for forming an i-type microcrystalline silicon film (power generation layer) of a thin-film solar battery cell (microcrystalline silicon cell).
図1に示すように、略直方体形状を有する製膜室Rの内部には、被処理基板である透光性絶縁基板2を保持する保持部材である基板ステージ1が設置されている。基板ステージ1は、接地されている。基板ステージ1上には、被製膜面が水平且つ上向きとなるように透光性絶縁基板2が保持される。 As shown in FIG. 1, a substrate stage 1 that is a holding member that holds a translucent insulating substrate 2 that is a substrate to be processed is installed inside a film forming chamber R having a substantially rectangular parallelepiped shape. The substrate stage 1 is grounded. A translucent insulating substrate 2 is held on the substrate stage 1 so that the film-forming surface is horizontal and upward.
また、製膜室Rの上面部には、原料ガスを基板ステージ1の上部領域に分散供給するためのシャワーヘッド4が設けられている。該シャワーヘッド4には、製膜室R内に原料ガスを送り込むためのガス供給用配管3が接続されている。ガス供給用配管3には、シランガス(SiH4)供給用マスフロー16、水素ガス(H2)供給用マスフロー17が接続されており、コントローラ18がシランガス(SiH4)供給用マスフロー16および水素ガス(H2)供給用マスフロー17を自動制御して製膜室R内への原料ガスの供給量を制御する。すなわち、コントローラ18は、原料ガスの供給量制御手段として機能する。各マスフローは、図示しない例えばガスボンベ等のガス供給源に接続されている。なお、製膜室Rは、図示しない排気部により製膜室R内を真空引きできるようになっている。 In addition, a shower head 4 for distributing and supplying the source gas to the upper region of the substrate stage 1 is provided on the upper surface of the film forming chamber R. The shower head 4 is connected to a gas supply pipe 3 for sending the raw material gas into the film forming chamber R. A silane gas (SiH 4 ) supply mass flow 16 and a hydrogen gas (H 2 ) supply mass flow 17 are connected to the gas supply pipe 3, and a controller 18 supplies a silane gas (SiH 4 ) supply mass flow 16 and hydrogen gas ( H 2 ) The supply mass flow 17 is automatically controlled to control the supply amount of the source gas into the film forming chamber R. That is, the controller 18 functions as a source gas supply amount control means. Each mass flow is connected to a gas supply source such as a gas cylinder (not shown). The film forming chamber R can be evacuated by an exhaust unit (not shown).
シャワーヘッド4には電源線19を介して電源5が接続されており、電源5からシャワーヘッド4に高周波電力が印加されることにより透光性絶縁基板2とシャワーヘッド4との間にプラズマ6が生成される。シャワーヘッド4から分散された原料ガスはプラズマ6で分解されて製膜前駆体が生成され、これが透光性絶縁基板2上に堆積して透光性絶縁基板2の上面に微結晶シリコン膜7が成長する。 A power source 5 is connected to the shower head 4 via a power line 19, and plasma 6 is interposed between the translucent insulating substrate 2 and the shower head 4 by applying high frequency power from the power source 5 to the shower head 4. Is generated. The source gas dispersed from the shower head 4 is decomposed by the plasma 6 to generate a film-forming precursor, which is deposited on the light-transmitting insulating substrate 2 and deposited on the upper surface of the light-transmitting insulating substrate 2. Will grow.
基板ステージ1における上面側(透光性絶縁基板2を保持する側)の内部には孔8が複数箇所に設けられており、この孔8の内部にはラマン分光のレーザ照射用およびラマン散乱光受光用のレンズ9が設置されている。レンズ9には、光ファイバー線11を介してラマンレーザ光源10が接続されている。ラマンレーザ光源10は、ラマン分光用のレーザ光14を出射する。ラマンレーザ光源10から出射されたレーザ光14は、光ファイバー線11を介してレンズ9に入射され、孔8の上部に設けられたラマン分光評価用のモニタ窓12を通過して透光性絶縁基板2の裏側(下面側)から微結晶シリコン膜7に照射される。 A plurality of holes 8 are provided inside the substrate stage 1 on the upper surface side (side holding the translucent insulating substrate 2). Inside the holes 8 are laser irradiation for Raman spectroscopy and Raman scattered light. A light receiving lens 9 is installed. A Raman laser light source 10 is connected to the lens 9 via an optical fiber line 11. The Raman laser light source 10 emits a laser beam 14 for Raman spectroscopy. The laser light 14 emitted from the Raman laser light source 10 is incident on the lens 9 through the optical fiber line 11, passes through the monitor window 12 for Raman spectroscopic evaluation provided in the upper portion of the hole 8, and the transparent insulating substrate 2. The microcrystalline silicon film 7 is irradiated from the back side (lower surface side).
また、モニタ窓12では、レーザ光14が微結晶シリコン膜7に照射されて発生したラマン散乱光15がレーザ光14と逆向きに通過し、レンズ9、光ファイバー線11を通って、分光器13に入射する。 In the monitor window 12, the Raman scattered light 15 generated by irradiating the microcrystalline silicon film 7 with the laser light 14 passes in the opposite direction to the laser light 14, passes through the lens 9, the optical fiber 11, and the spectrometer 13. Is incident on.
つぎに、実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置による微結晶シリコン膜の製膜処理について説明する。微結晶シリコン膜の製膜処理を行うには、まず、基板ステージ1上に被製膜面が水平且つ上向きとなるように透光性絶縁基板2を保持した後、排気部(図示せず)により製膜室Rの排気を行い、製膜室R内を真空状態にする。 Next, a process for forming a microcrystalline silicon film by the apparatus for manufacturing a microcrystalline silicon film according to the first embodiment will be described. In order to perform the film forming process of the microcrystalline silicon film, first, the translucent insulating substrate 2 is held on the substrate stage 1 so that the film forming surface is horizontal and upward, and then an exhaust unit (not shown). Thus, the film forming chamber R is evacuated, and the film forming chamber R is evacuated.
つぎに、ガス供給用配管3を通じてシランガス(SiH4)供給用マスフロー16、水素ガス(H2)供給用マスフロー17から製膜室Rの内部にシランガス(SiH4)、水素ガス(H2)の原料ガスを送りこみ、該原料ガスをシャワーヘッド4を介して基板ステージ1の上部領域、すなわち基板ステージ1上の透光性絶縁基板2の上面に分散供給する。製膜室R内への原料ガスの供給量は、コントローラ18がシランガス(SiH4)供給用マスフロー16および水素ガス(H2)供給用マスフロー17を自動制御することにより制御される。 Then, silane gas through the gas supply pipe 3 (SiH 4) for supplying a mass flow 16 hydrogen gas (H 2) film chamber silane gas (SiH 4) in the interior of the R from the supply mass flow 17, of hydrogen gas (H 2) The source gas is fed, and the source gas is distributed and supplied to the upper region of the substrate stage 1, that is, the upper surface of the translucent insulating substrate 2 on the substrate stage 1 through the shower head 4. The supply amount of the raw material gas into the film forming chamber R is controlled by the controller 18 automatically controlling the silane gas (SiH 4 ) supply mass flow 16 and the hydrogen gas (H 2 ) supply mass flow 17.
シャワーヘッド4には電源5から高周波電力が印加され、これにより基板ステージ1(透光性絶縁基板2)とシャワーヘッド4との間にプラズマ6が生成される。シャワーヘッド4から分散された原料ガスはプラズマ6で分解されて製膜前駆体が生成され、これが透光性絶縁基板2上に堆積して透光性絶縁基板2の上面に微結晶シリコン膜7が成長する。 High frequency power is applied to the shower head 4 from a power source 5, and thereby plasma 6 is generated between the substrate stage 1 (translucent insulating substrate 2) and the shower head 4. The source gas dispersed from the shower head 4 is decomposed by the plasma 6 to generate a film-forming precursor, which is deposited on the light-transmitting insulating substrate 2 and deposited on the upper surface of the light-transmitting insulating substrate 2. Will grow.
そして、本実施の形態では、上記のようにして微結晶シリコン膜7の成膜を開始した後、成膜中に微結晶シリコン膜7のラマン分光評価を実施する。すなわち、ラマン分光用のラマンレーザ光源10からレーザ光14を出射すると、該レーザ光14は光ファイバー線11を介してレンズ9に入射され、孔8の上部に設けられたモニタ窓12を通過して透光性絶縁基板2の裏側(下面側)から微結晶シリコン膜7に照射される。 In this embodiment, after the formation of the microcrystalline silicon film 7 is started as described above, Raman spectroscopic evaluation of the microcrystalline silicon film 7 is performed during the film formation. That is, when the laser beam 14 is emitted from the Raman laser light source 10 for Raman spectroscopy, the laser beam 14 is incident on the lens 9 through the optical fiber 11 and passes through the monitor window 12 provided in the upper portion of the hole 8 to be transmitted. The microcrystalline silicon film 7 is irradiated from the back side (lower surface side) of the optical insulating substrate 2.
ここで、レーザ光14が微結晶シリコン膜7に照射されて発生したラマン散乱光15は、モニタ窓12からレンズ9、光ファイバー線11を通って分光器13にて受光され、図2に示すようなラマンスペクトルが得られる。図2は、実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜7のラマン散乱スペクトルの一例を示す特性図である。 Here, the Raman scattered light 15 generated by irradiating the microcrystalline silicon film 7 with the laser light 14 is received by the spectroscope 13 from the monitor window 12 through the lens 9 and the optical fiber 11, as shown in FIG. A stable Raman spectrum. FIG. 2 is a characteristic diagram showing an example of a Raman scattering spectrum of the microcrystalline silicon film 7 manufactured by the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment.
図2において、結晶シリコン成分に起因したラマンスペクトルのピークが波長520cm−1に(I520)、アモルファスシリコンに起因した成分が波長480cm−1付近に(I480)各々現れており、これらのラマンピーク強度比I520/I480を結晶化率I520/I480と定義する。ここで、分光器13はコントローラ18を介して、シランガス(SiH4)供給用マスフロー16、水素ガス(H2)供給用マスフロー17と接続されている。コントローラ18は、分光器13で読み取った微結晶シリコン膜7のラマン散乱スペクトルに基づいて微結晶シリコン膜7の結晶化率I520/I480を演算してモニタリングし、分光器13で読み取った結晶化率I520/I480の測定値が目標とする値に近づくように、シランガス(SiH4)供給用マスフロー16および水素ガス(H2)供給用マスフロー17を自動制御して成膜処理時に原料ガスの供給量にフィードバックをかける。すなわち、実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置では、成膜中に製膜パラメータである原料ガス供給量を自動制御で調整する。これにより、製膜初期層の結晶化率I520/I480を増加させることができ、incubation layerを形成せずに、膜厚方向に結晶化率I520/I480が均一な微結晶シリコン膜を形成することができる。 In FIG. 2, the peak of the Raman spectrum caused by the crystalline silicon component appears at a wavelength of 520 cm −1 (I 520 ), and the component caused by amorphous silicon appears at a wavelength of 480 cm −1 (I 480 ). the peak intensity ratio I 520 / I 480 is defined as the crystallization ratio I 520 / I 480. Here, the spectrometer 13 is connected to a silane gas (SiH 4 ) supply mass flow 16 and a hydrogen gas (H 2 ) supply mass flow 17 via a controller 18. The controller 18 calculates and monitors the crystallization rate I 520 / I 480 of the microcrystalline silicon film 7 based on the Raman scattering spectrum of the microcrystalline silicon film 7 read by the spectroscope 13 and monitors the crystal read by the spectroscope 13. The silane gas (SiH 4 ) supply mass flow 16 and the hydrogen gas (H 2 ) supply mass flow 17 are automatically controlled so that the measured value of the conversion rate I 520 / I 480 approaches the target value. Give feedback on gas supply. That is, in the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment, the amount of material gas supply, which is a film forming parameter, is automatically controlled during film formation. As a result, the crystallization rate I 520 / I 480 of the initial film formation layer can be increased, and a microcrystalline silicon film having a uniform crystallization rate I 520 / I 480 in the film thickness direction without forming an incubation layer. Can be formed.
図3は、従来の微結晶シリコン膜の製造装置によりガラス基板21上に作製した微結晶シリコン膜23(膜厚:〜2μm)の断面TEM(Transmission Electron Microscope)画像の一例を示す図である。図3からわかるように、微結晶シリコン膜23とガラス基板21との間に500nm程度の薄いアモルファスシリコン層22(incubation layer)が形成されている。すなわち、製膜初期にincubation layerが形成されている。 FIG. 3 is a diagram showing an example of a cross-sectional TEM (Transmission Electron Microscope) image of a microcrystalline silicon film 23 (film thickness: ˜2 μm) formed on a glass substrate 21 by a conventional microcrystalline silicon film manufacturing apparatus. As can be seen from FIG. 3, a thin amorphous silicon layer 22 (incubation layer) of about 500 nm is formed between the microcrystalline silicon film 23 and the glass substrate 21. That is, the incubation layer is formed at the initial stage of film formation.
図4は、従来の微結晶シリコン膜の製造装置により作製した微結晶シリコン膜の結晶化率I520/I480の膜厚方向に対するプロファイルの一例を示す特性図である。図4では、製膜時間を変化させることにより微結晶シリコン膜の膜厚を変化させてガラス基板上に作製した膜厚50nm〜1000nmの微結晶シリコン膜の結晶化率I520/I480の変化を示している。 FIG. 4 is a characteristic diagram showing an example of a profile with respect to the film thickness direction of the crystallization rate I 520 / I 480 of a microcrystalline silicon film manufactured by a conventional microcrystalline silicon film manufacturing apparatus. In FIG. 4, the change in the crystallization ratio I 520 / I 480 of the microcrystalline silicon film having a thickness of 50 nm to 1000 nm manufactured on the glass substrate by changing the film forming time to change the film thickness of the microcrystalline silicon film. Is shown.
図4より、膜厚50nm〜400nmの膜では、結晶化率I520/I480が1.0以下のアモルファス膜となっていることが分かる。また、図4より、結晶化率I520/I480は膜厚400nm近傍から単調に増加する挙動を示しており、膜成長に伴って結晶化率I520/I480が増加していることが分かる。すなわち、結晶化率I520/I480は、ガラス基板上から膜厚方向に大きくなっていることがわかる。 FIG. 4 shows that the film having a thickness of 50 nm to 400 nm is an amorphous film having a crystallization ratio I 520 / I 480 of 1.0 or less. Further, FIG. 4 shows that the crystallization rate I 520 / I 480 monotonically increases from the vicinity of the film thickness of 400 nm, and that the crystallization rate I 520 / I 480 increases as the film grows. I understand. That is, it can be seen that the crystallization ratio I 520 / I 480 increases from the glass substrate in the film thickness direction.
図5は、微結晶シリコン膜の結晶化率I520/I480と、製膜時におけるシランガス(SiH4)と水素ガス(H2)とのガス供給量比γ(H2/SiH4)と、の関係を示す特性図である。図5では、原料のシランガス(SiH4)と水素ガス(H2)とのガス供給量比γ(H2/SiH4)を30〜80の範囲で変化させて作製した微結晶シリコン膜の結晶化率I520/I480を示している。図6は、微結晶シリコン膜の結晶化率I520/I480と、製膜時に印加する高周波電力と、の関係を示す特性図である。図6では、微結晶シリコン膜の成膜時におけるプラズマに印加する高周波電力Pを120W〜300Wの範囲で変化させて作製した微結晶シリコン膜の結晶化率I520/I480の挙動を示している。 FIG. 5 shows the crystallinity I 520 / I 480 of the microcrystalline silicon film and the gas supply amount ratio γ (H 2 / SiH 4 ) between the silane gas (SiH 4 ) and the hydrogen gas (H 2 ) during film formation. It is a characteristic view which shows the relationship of these. In FIG. 5, the crystal of the microcrystalline silicon film manufactured by changing the gas supply amount ratio γ (H 2 / SiH 4 ) between the raw material silane gas (SiH 4 ) and hydrogen gas (H 2 ) in the range of 30-80. Conversion rate I 520 / I 480 . FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the crystallization rate I 520 / I 480 of the microcrystalline silicon film and the high-frequency power applied during film formation . FIG. 6 shows the behavior of the crystallization ratio I 520 / I 480 of the microcrystalline silicon film manufactured by changing the high frequency power P applied to the plasma during the formation of the microcrystalline silicon film in the range of 120 W to 300 W. Yes.
図5、図6に示されるように、ガス供給量比γと高周波電力Pの増加に伴い、結晶化率I520/I480は単調に増加する挙動を示しており、微結晶シリコン膜の結晶化率I520/I480が、製膜パラメータのガス供給量比γと高周波電力Pとを変化させることで調整可能なことが分かる。 As shown in FIGS. 5 and 6, the crystallization rate I 520 / I 480 shows a monotonically increasing behavior as the gas supply ratio γ and the high frequency power P increase, and the crystal of the microcrystalline silicon film It can be seen that the conversion rate I 520 / I 480 can be adjusted by changing the gas supply amount ratio γ and the high frequency power P of the film forming parameter.
図7は、実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置による微結晶シリコン膜の成膜時におけるプロセス経過時間に対するガス供給量(シランガス(SiH4)および水素ガス(H2)の供給量)のプロファイルの一例を示す特性図である。この例では、製膜開始からt0(sec)経過後、微結晶シリコン膜7の裏面でのラマン分光測定により分光器13で読み取った結晶化率I520/I480の測定値をもとにコントローラ18がシランガス(SiH4)供給用マスフロー16および水素ガス(H2)供給用マスフロー17を自動制御して、自動的にシランガス(SiH4)の供給量を増やし、水素ガス(H2)の供給量を減らす制御が行われ、作製される膜の結晶化率I520/I480の増加調整が図られている。 7 shows gas supply amounts (silane gas (SiH 4 ) and hydrogen gas (H 2 ) supply amounts with respect to process elapsed time when the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment forms a microcrystalline silicon film. ) Is a characteristic diagram showing an example of a profile. In this example, after the elapse of t 0 (sec) from the start of film formation, based on the measured value of the crystallization rate I 520 / I 480 read by the spectroscope 13 by Raman spectroscopy measurement on the back surface of the microcrystalline silicon film 7. The controller 18 automatically controls the silane gas (SiH 4 ) supply mass flow 16 and the hydrogen gas (H 2 ) supply mass flow 17 to automatically increase the supply amount of silane gas (SiH 4 ), and to supply hydrogen gas (H 2 ). Control to reduce the supply amount is performed, and increase adjustment of the crystallization ratio I 520 / I 480 of the film to be manufactured is achieved.
図8は、実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜7の結晶化率I520/I480のプロセス経過時間に対するプロファイルの一例を示す特性図である。また、図8に従来の微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜の結晶化率I520/I480のプロセス経過時間に対するプロファイルの一例を併せて示す。図8において、プロットXは実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜7の結晶化率I520/I480のファイルを示しており、実線Yは従来の微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜の結晶化率I520/I480のプロファイルを示している。 FIG. 8 is a characteristic diagram showing an example of a profile with respect to the process elapsed time of the crystallization rate I 520 / I 480 of the microcrystalline silicon film 7 manufactured by the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment. FIG. 8 also shows an example of a profile with respect to the process elapsed time of the crystallization ratio I 520 / I 480 of a microcrystalline silicon film manufactured by a conventional microcrystalline silicon film manufacturing apparatus. In FIG. 8, the plot X shows a file of the crystallization rate I 520 / I 480 of the microcrystalline silicon film 7 produced by the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment, and the solid line Y shows the conventional microscopic silicon film 7. The profile of the crystallization rate I 520 / I 480 of the microcrystalline silicon film manufactured by the crystalline silicon film manufacturing apparatus is shown.
図8より、実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜7は、製膜初期から結晶化率I520/I480が高く、且つ、プロセスの時間経過に伴って、膜厚方向において結晶化率I520/I480が略均一な微結晶シリコン膜が作製できていることが分かる。 From FIG. 8, the microcrystalline silicon film 7 manufactured by the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment has a high crystallization rate I 520 / I 480 from the initial stage of film formation, and with the lapse of time of the process. Thus, it can be seen that a microcrystalline silicon film having a substantially uniform crystallization rate I 520 / I 480 in the film thickness direction can be produced.
一方、従来の微結晶シリコン膜の製造装置による成膜では、製膜初期は結晶化率I520/I480が低い微結晶シリコン膜が形成され、その後、プロセス時間の経過に伴って徐々に結晶化率I520/I480が上昇している。すなわち、従来の微結晶シリコン膜の製造装置では、膜厚方向において結晶化率I520/I480が低い膜から高い膜に変化した、膜厚方向において結晶化率I520/I480の分布の大きい微結晶シリコン膜が作製されていることが分かる。 On the other hand, in film formation by a conventional microcrystalline silicon film manufacturing apparatus, a microcrystalline silicon film having a low crystallization rate I 520 / I 480 is formed at the initial stage of film formation, and then gradually crystallizes with the passage of process time. The conversion rate I 520 / I 480 is increasing. That is, in the conventional microcrystalline silicon film manufacturing apparatus, the crystallization rate I 520 / I 480 is changed from a low film to a high film in the film thickness direction, and the distribution of the crystallization rate I 520 / I 480 in the film thickness direction is changed. It can be seen that a large microcrystalline silicon film is produced.
上述した実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて膜厚2μmの微結晶シリコン薄膜を実際に作製したところ、透光性絶縁基板2の表面近傍から微結晶シリコン膜7の表面までの結晶化率I520/I480の膜厚方向の変化率を1%以下(基板近傍:〜3.90、膜表面:〜4.05、目標値:4.00)に抑えることができた。これは従来の微結晶シリコン膜の製造装置で製膜した場合における微結晶シリコン膜の膜厚方向の結晶化率I520/I480の変化(基板近傍:〜0.40、膜表面:〜4.05)に比べて約10倍も低く抑えられている。 When the microcrystalline silicon thin film having a thickness of 2 μm was actually manufactured using the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment described above, the surface of the microcrystalline silicon film 7 was formed from the vicinity of the surface of the translucent insulating substrate 2. The rate of change in the film thickness direction of the crystallization rate I 520 / I 480 up to 1% can be suppressed to 1% or less (near the substrate: ~ 3.90, film surface: ~ 4.05, target value: 4.00). It was. This is a change in the crystallization rate I 520 / I 480 in the film thickness direction of the microcrystalline silicon film when the film is formed by a conventional microcrystalline silicon film manufacturing apparatus (near substrate: ~ 0.40, film surface: ~ 4). .05) is about 10 times lower.
また、実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて100枚の透光性絶縁基板2に対して連続製膜を行ったところ、受光されるラマン散乱光15の強度には、ほとんど変化(減衰)は見られなかった。すなわち、100枚の透光性絶縁基板2に対して連続製膜を実施してもモニタ窓12への膜付着に起因するモニタリング不良は生じておらず、高精度なフィードバックによる自動制御を行うことができた。 In addition, when continuous film formation was performed on 100 translucent insulating substrates 2 using the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment, the intensity of the Raman scattered light 15 received is: Almost no change (attenuation) was seen. That is, even if continuous film formation is performed on 100 translucent insulating substrates 2, no monitoring failure due to film adhesion to the monitor window 12 occurs, and automatic control with high-precision feedback is performed. I was able to.
上述したように、実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置においては、透光性絶縁基板2上に形成される微結晶シリコン膜の結晶化率I520/I480をin−situでラマン分光測定してモニタリングし、評価するための構成を有する。このような構成を備えることにより、製膜中に、基板ステージ1上に載置された透光性絶縁基板2の裏面側からレーザ光14を照射して微結晶シリコン膜7の裏面で発生したラマン散乱光15を測定し(ラマン分光法)、成長する微結晶シリコン膜7の結晶化率I520/I480を透光性絶縁基板2越しにモニタリングすることができる。ラマン分光法を用いることにより、透光性絶縁基板2越しであっても膜厚100nm以下の微結晶シリコン膜7の結晶化率I520/I480を正確に評価することができる。 As described above, in the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment, the crystallization rate I 520 / I 480 of the microcrystalline silicon film formed on the translucent insulating substrate 2 is set in-situ. It has a configuration for monitoring and evaluating by Raman spectroscopy. By providing such a configuration, the laser beam 14 was irradiated from the back side of the translucent insulating substrate 2 placed on the substrate stage 1 during film formation, and generated on the back side of the microcrystalline silicon film 7. The Raman scattered light 15 is measured (Raman spectroscopy), and the crystallization rate I 520 / I 480 of the growing microcrystalline silicon film 7 can be monitored through the translucent insulating substrate 2. By using Raman spectroscopy, the crystallization rate I 520 / I 480 of the microcrystalline silicon film 7 having a film thickness of 100 nm or less can be accurately evaluated even through the translucent insulating substrate 2.
そして、成長する微結晶シリコン膜7(≦100nm)の結晶化率I520/I480をモニタリングし、得られた結晶化率I520/I480の情報を元に、結晶化率I520/I480が目標値になるように製膜条件にフィードバックをかけて製膜パラメータ(原料ガスの供給量)を自動制御で調整する。これにより、製膜初期層の結晶化率I520/I480を増加させることができ、incubation layerを形成せずに、膜厚方向において結晶化率I520/I480が略均一な微結晶シリコン膜を形成することができる。 Then, the crystallization rate I 520 / I 480 of the growing microcrystalline silicon film 7 (≦ 100 nm) is monitored, and based on the information of the obtained crystallization rate I 520 / I 480 , the crystallization rate I 520 / I. The film forming parameters (feed amount of raw material gas) are adjusted by automatic control by feeding back the film forming conditions so that 480 becomes the target value. Thereby, it is possible to increase the crystallization rate I 520 / I 480 of the initial layer of film formation, and without forming an incubation layer, microcrystalline silicon having a substantially uniform crystallization rate I 520 / I 480 in the film thickness direction. A film can be formed.
また、実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置においては、ラマン散乱光15が通過するモニタ窓12が透光性絶縁基板2の裏面側に位置しているため、原料ガスが飛来して膜堆積されることがない。したがって、従来の微結晶シリコン膜の製造装置のように成膜中に製膜条件のフィードバックの自動制御の精度が低下することなく、製膜条件のフィードバックの自動制御を適切に行うことができ、膜厚方向における結晶化率I520/I480が略均一な微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。 In the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment, since the monitor window 12 through which the Raman scattered light 15 passes is located on the back side of the translucent insulating substrate 2, the source gas comes in. No film deposition occurs. Therefore, automatic control of film forming condition feedback can be appropriately performed without reducing the accuracy of automatic control of film forming condition feedback during film formation as in the conventional microcrystalline silicon film manufacturing apparatus, A microcrystalline silicon film with a substantially uniform crystallization ratio I 520 / I 480 in the film thickness direction can be formed with high yield.
したがって、実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置によれば、膜厚方向において結晶化率が略均一な、膜質の安定した微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。 Therefore, according to the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment, a microcrystalline silicon film having a uniform film quality and a stable film quality can be formed with a high yield.
また、実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造方法においては、透光性絶縁基板2上に形成される微結晶シリコン膜7の結晶化率I520/I480をin−situで透光性絶縁基板2の裏面側からラマン分光測定してモニタリングし、得られた結晶化率I520/I480の情報を元に、結晶化率I520/I480が目標値になるように製膜条件にフィードバックをかけて製膜パラメータ(原料ガスの供給量)を自動制御で調整する。これにより、製膜初期層の結晶化率I520/I480を増加させることができ、incubation layerを形成せずに、膜厚方向において結晶化率が略均一な微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。 Further, in the method for manufacturing a microcrystalline silicon film according to the first embodiment, the crystallization rate I 520 / I 480 of the microcrystalline silicon film 7 formed on the translucent insulating substrate 2 is transmitted in-situ. and Raman spectrometry was monitored from the back side of sexual insulating substrate 2, based on the obtained information of the crystallization ratio I 520 / I 480, form a film having a crystallization ratio I 520 / I 480 is the target value The film forming parameters (feed amount of raw material gas) are adjusted by automatic control with feedback on the conditions. As a result, the crystallization rate I 520 / I 480 of the initial film formation layer can be increased, and a microcrystalline silicon film having a substantially uniform crystallization rate in the film thickness direction can be formed with good yield without forming an incubation layer. can do.
実施の形態2.
図9は、実施の形態2にかかる微結晶シリコン膜の製造装置の断面構造を示す模式図である。図9では、微結晶シリコン膜の製造装置により微結晶シリコン膜を製膜している状態を示している。実施の形態2にかかる微結晶シリコン膜の製造装置は、図1に示した実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置において、コントローラ18が電源5と接続された構成となっている。本構成により、分光器13で読み取った結晶化率I520/I480の測定値に基づいて電源5を自動制御して、プラズマに印加する高周波電力についてもフィードバックをかけることができる。すなわち、コントローラ18は、印加電力制御手段としても機能する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the second embodiment. FIG. 9 shows a state in which the microcrystalline silicon film is formed by the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus. The microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the second embodiment is configured such that the controller 18 is connected to the power source 5 in the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment shown in FIG. With this configuration, it is possible to automatically control the power supply 5 based on the measured value of the crystallization rate I 520 / I 480 read by the spectroscope 13 and to provide feedback on the high frequency power applied to the plasma. That is, the controller 18 also functions as an applied power control unit.
図10は、実施の形態2にかかる微結晶シリコン膜の製造装置による微結晶シリコン膜の成膜時における、プロセス経過時間に対するプラズマに印加する印加高周波電力のプロファイルの一例を示す特性図である。図10に示す例では、製膜開始直後から、ラマン分光測定による分光器13における結晶化率I520/I480の測定値に基づいてコントローラ18が電源5を自動制御することにより、プラズマに印加する高周波電力が自動的に高い値に設定され、作製される膜の結晶化率I520/I480の増加調整が図られている。また、図10に示す例では、製膜開始からt0(sec)経過後、分光器13における結晶化率I520/I480の測定値が目標値をオーバー(達成)した時点で、プラズマに印加する高周波電力を低減させる調整が図られている。 FIG. 10 is a characteristic diagram showing an example of a profile of the applied high frequency power applied to the plasma with respect to the process elapsed time when the microcrystalline silicon film is formed by the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the second embodiment. In the example shown in FIG. 10, immediately after the start of film formation , the controller 18 automatically controls the power source 5 based on the measured value of the crystallization rate I 520 / I 480 in the spectroscope 13 by Raman spectroscopic measurement. The high frequency power to be set is automatically set to a high value, and an increase adjustment of the crystallization ratio I 520 / I 480 of the film to be manufactured is achieved. Further, in the example shown in FIG. 10, after t 0 (sec) has elapsed from the start of film formation , when the measured value of the crystallization rate I 520 / I 480 in the spectroscope 13 exceeds (achieves) the target value, plasma is generated. Adjustment is made to reduce the high-frequency power to be applied.
図11は、実施の形態2にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜7の結晶化率I520/I480のプロセス経過時間に対するプロファイルの一例を示す特性図である。ここでは、図7で示したガス供給量(シランガス(SiH4)および水素ガス(H2)の供給量)の調整と、図10で示した印加高周波電力の調整と、を同時に行って微結晶シリコン膜の成膜を行っている。 FIG. 11 is a characteristic diagram showing an example of a profile with respect to the process elapsed time of the crystallization rate I 520 / I 480 of the microcrystalline silicon film 7 manufactured by the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the second embodiment. Here, the adjustment of the gas supply amount (the supply amount of silane gas (SiH 4 ) and hydrogen gas (H 2 )) shown in FIG. 7 and the adjustment of the applied high-frequency power shown in FIG. A silicon film is formed.
図11より、実施の形態2にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜7は、製膜初期から結晶化率I520/I480がほぼ一定となっている。図8に示した実施の形態2にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜7と比較して、製膜初期(0(sec)〜t0(sec))における結晶化率I520/I480は、より目標値に近く、製膜時間に対して、より一定になっていることが分かる。すなわち、膜厚方向において結晶化率I520/I480がより目標値に近く、且つ略均一な微結晶シリコン膜が作製できていることが分かる。 As shown in FIG. 11, the microcrystalline silicon film 7 manufactured by the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the second embodiment has a substantially constant crystallization rate I 520 / I 480 from the initial stage of film formation. Compared with the microcrystalline silicon film 7 manufactured by the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the second embodiment shown in FIG. 8, the crystallization rate in the initial stage of film formation (0 (sec) to t 0 (sec)) It can be seen that I 520 / I 480 is closer to the target value and is more constant with respect to the film formation time. That is, it can be seen that a substantially uniform microcrystalline silicon film can be manufactured in which the crystallization rate I 520 / I 480 is closer to the target value in the film thickness direction.
図12は、実施の形態2にかかる微結晶シリコン膜の製造装置によりガラス基板21上に作製した微結晶シリコン膜24(膜厚:〜2μm)の断面TEM画像の一例を示す図である。図12からわかるように、微結晶シリコン膜24とガラス基板21との間には、図3に示したようなincubation layerは見られず、ガラス基板21の直上から微結晶シリコン膜24が成長していることが分かる。すなわち、製膜初期において、incubation layerが形成されていないことが分かる。 FIG. 12 is a diagram showing an example of a cross-sectional TEM image of the microcrystalline silicon film 24 (film thickness: ˜2 μm) formed on the glass substrate 21 by the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the second embodiment. As can be seen from FIG. 12, the incubation layer as shown in FIG. 3 is not seen between the microcrystalline silicon film 24 and the glass substrate 21, and the microcrystalline silicon film 24 grows from directly above the glass substrate 21. I understand that That is, it can be seen that the incubation layer is not formed at the initial stage of film formation.
図13は、実施の形態2にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて形成した発電層(i型微結晶シリコン膜)を有する薄膜太陽電池モジュール(以下、モジュールと呼ぶ)31の薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)C(実施例)の電気特性(電圧―電流特性:IV特性)を示す特性図である。図14−1は、モジュール31の概略構成を示す平面図である。図14−2は、薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)Cの断面構造を説明するための図であり、図14−1の線分A−A’方向における要部断断面図である。 FIG. 13 shows a thin film solar cell of a thin film solar cell module (hereinafter referred to as a module) 31 having a power generation layer (i-type microcrystalline silicon film) formed using the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the second embodiment. It is a characteristic view which shows the electrical characteristic (voltage-current characteristic: IV characteristic) of the cell (microcrystal silicon cell) C (Example). FIG. 14A is a plan view illustrating a schematic configuration of the module 31. FIG. 14-2 is a diagram for explaining a cross-sectional structure of the thin-film solar battery cell (microcrystalline silicon cell) C, and is a cross-sectional view of the main part in the line A-A ′ direction of FIG.
図14−1、図14−2に示すように、実施例にかかるモジュール31は、透光性絶縁基板32上に形成された短冊状(矩形状)の薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)Cを複数備え、隣接する薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)Cが電気的に直列に接続された構造を有する。薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)Cは、透光性絶縁基板32上に、透明導電膜からなる第1の電極層である透明電極層33と、光電変換層37と、光を反射する導電膜からなる第2の電極層である裏面電極層38と、が順次積層された構造を有する。 As illustrated in FIGS. 14A and 14B, the module 31 according to the example includes a strip-shaped (rectangular) thin-film solar cell (microcrystalline silicon cell) formed on a translucent insulating substrate 32. A plurality of C are provided, and adjacent thin-film solar cells (microcrystalline silicon cells) C are electrically connected in series. The thin-film solar cell (microcrystalline silicon cell) C reflects light on the transparent insulating substrate 32, the transparent electrode layer 33 that is the first electrode layer made of a transparent conductive film, the photoelectric conversion layer 37, and light. A back electrode layer 38 that is a second electrode layer made of a conductive film is sequentially stacked.
光電変換層37は、pin接合を有する微晶質シリコン膜からなる光電変換層であり、図14−2に示すように透明電極層33側から第1導電型半導体層であるp型微晶質半導体層としてのp型微結晶シリコン膜(μc−Si膜)34、第2導電型半導体層であるi型微晶質半導体層としてのi型微結晶シリコン膜(μc−Si膜)35、第3導電型半導体層であるn型微晶質半導体層としてのn型微結晶シリコン膜(μc−Si膜)36を備えている。ここで、i型微結晶シリコン膜(μc−Si膜)35は、実施の形態2にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて形成された微結晶シリコン膜からなる。 The photoelectric conversion layer 37 is a photoelectric conversion layer made of a microcrystalline silicon film having a pin junction, and as shown in FIG. 14-2, a p-type microcrystalline material that is a first conductive semiconductor layer from the transparent electrode layer 33 side. A p-type microcrystalline silicon film (μc-Si film) 34 as a semiconductor layer, an i-type microcrystalline silicon film (μc-Si film) 35 as an i-type microcrystalline semiconductor layer as a second conductivity type semiconductor layer, An n-type microcrystalline silicon film (μc-Si film) 36 is provided as an n-type microcrystalline semiconductor layer which is a three-conductivity type semiconductor layer. Here, the i-type microcrystalline silicon film (μc-Si film) 35 is formed of a microcrystalline silicon film formed using the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the second embodiment.
このようなモジュール31は例えば以下のようにして製造される。まず、透光性絶縁基板32の上に第1の電極層である透明電極層33を形成する。この透明電極層33は、透光性絶縁基板32の表面に達する開口部が形成されるように、透光性絶縁基板32の裏面側(透明電極層33が形成されていない側)よりレーザースクライブを行うことによりパターニングされる。 Such a module 31 is manufactured as follows, for example. First, the transparent electrode layer 33 that is the first electrode layer is formed on the translucent insulating substrate 32. The transparent electrode layer 33 is laser scribed from the back side (the side where the transparent electrode layer 33 is not formed) of the translucent insulating substrate 32 so that an opening reaching the surface of the translucent insulating substrate 32 is formed. Patterning is performed.
続いて、P型微結晶シリコン膜(μc−Si膜)34、i型微結晶シリコン膜(μc−Si膜)35、n型微結晶シリコン膜(μc−Si膜)36をこの順で堆積させて、p−i−n接合を有する光電変換層37を形成する。ここで、i型微結晶シリコン膜(μc−Si膜)35の形成においては、実施の形態2にかかる微結晶シリコン膜の製造装置により製膜を実施する。光電変換層37は、透明電極層33の表面に達する開口部が形成されるように、透光性絶縁基板32の裏面側よりレーザースクライブを行なうことによりパターニングされる。 Subsequently, a P-type microcrystalline silicon film (μc-Si film) 34, an i-type microcrystalline silicon film (μc-Si film) 35, and an n-type microcrystalline silicon film (μc-Si film) 36 are deposited in this order. Thus, the photoelectric conversion layer 37 having a p-i-n junction is formed. Here, in forming the i-type microcrystalline silicon film (μc-Si film) 35, the film formation is performed by the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the second embodiment. The photoelectric conversion layer 37 is patterned by performing laser scribing from the back side of the translucent insulating substrate 32 so that an opening reaching the surface of the transparent electrode layer 33 is formed.
引き続き、第2の電極層である裏面電極層38を形成する。裏面電極層38は、光電変換層37と共に透明電極層33の表面に達する開口部が形成されるように、透光性絶縁基板32の裏面側よりレーザースクライブを行なうことにより、複数の薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)Cにセル化される。 Subsequently, a back electrode layer 38 as a second electrode layer is formed. The back electrode layer 38 is subjected to laser scribing from the back side of the translucent insulating substrate 32 so that an opening reaching the surface of the transparent electrode layer 33 together with the photoelectric conversion layer 37 is formed, whereby a plurality of thin film solar cells are formed. A cell (microcrystalline silicon cell) C is formed into a cell.
また、比較例として、従来の微結晶シリコン膜の製造装置を用いて発電層(i型微結晶シリコン膜)を作製したモジュール31の薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)Cの電気特性(電圧―電流特性:IV特性)を図13に併せて示す。なお、比較例の薄膜太陽電池セルC(モジュール31)は、従来の微結晶シリコン膜の製造装置を用いて発電層(i型微結晶シリコン膜)を作製したこと以外は、実施例の薄膜太陽電池セルC(モジュール31)と同じ構成を有する。 As a comparative example, electrical characteristics (voltage) of a thin-film solar cell (microcrystalline silicon cell) C of a module 31 in which a power generation layer (i-type microcrystalline silicon film) is produced using a conventional microcrystalline silicon film manufacturing apparatus. -Current characteristics: IV characteristics) are also shown in FIG. The thin film solar cell C (module 31) of the comparative example is the thin film solar cell of the example, except that a power generation layer (i-type microcrystalline silicon film) was produced using a conventional microcrystalline silicon film manufacturing apparatus. It has the same configuration as the battery cell C (module 31).
図13において、実線Zは、実施の形態2にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて発電層(i型微結晶シリコン膜)を作製したモジュール31(実施例)の薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)CのIV特性を示しており、点線Wは従来の微結晶シリコン膜の製造装置を用いて発電層(i型微結晶シリコン膜)を作製したモジュール31(比較例)の薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)CのIV特性を示している。 In FIG. 13, a solid line Z indicates a thin film solar cell (microscopic) of a module 31 (example) in which a power generation layer (i-type microcrystalline silicon film) is produced using the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the second embodiment. 4 shows the IV characteristics of the crystalline silicon cell) C, and the dotted line W indicates the thin film solar of the module 31 (comparative example) in which a power generation layer (i-type microcrystalline silicon film) is produced using a conventional microcrystalline silicon film manufacturing apparatus. The IV characteristic of the battery cell (microcrystalline silicon cell) C is shown.
図13から明らかなように、実施の形態2にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて発電層(i型微結晶シリコン膜)を作製した薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)C(実施例)の方が短絡電流密度および開放端電圧が増大している。 As is apparent from FIG. 13, a thin-film solar cell (microcrystalline silicon cell) C (implementation) in which a power generation layer (i-type microcrystalline silicon film) is produced using the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the second embodiment. In the example), the short-circuit current density and the open-circuit voltage are increased.
また、実施例および比較例の薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)Cの発電効率(%)、短絡電流密度(mA/cm2)、開放端電圧(V)および曲線因子を表1に示す。 Table 1 shows the power generation efficiency (%), the short-circuit current density (mA / cm 2 ), the open-circuit voltage (V), and the fill factor of the thin-film solar cells (microcrystalline silicon cells) C of Examples and Comparative Examples. .
表1の結果より、実施の形態2にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて発電層(i型微結晶シリコン膜)を作製することにより、短絡電流密度(mA/cm2)および開放端電圧(V)についてはいずれの特性も10%近く向上しており、結果として発電効率は約1.3%増加している。このように、実施の形態2にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて作製した結晶化率I520/I480が略均一な発電層(i型微結晶シリコン膜)は、微結晶シリコン薄膜太陽電池において発電効率を向上させる効果があることが分かる。 From the results shown in Table 1, the short-circuit current density (mA / cm 2 ) and the open end were obtained by producing a power generation layer (i-type microcrystalline silicon film) using the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the second embodiment. As for the voltage (V), all the characteristics are improved by nearly 10%, and as a result, the power generation efficiency is increased by about 1.3%. As described above, the power generation layer (i-type microcrystalline silicon film) having a substantially uniform crystallization rate I 520 / I 480 manufactured using the apparatus for manufacturing a microcrystalline silicon film according to the second embodiment is a microcrystalline silicon thin film. It turns out that there exists an effect which improves electric power generation efficiency in a solar cell.
上述したように、実施の形態2にかかる微結晶シリコン膜の製造装置においては、実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置と同様に、透光性絶縁基板2上に形成される微結晶シリコン膜の結晶化率I520/I480をin−situでラマン分光測定してモニタリングし、評価するための構成を有する。このような構成を備えることにより、製膜中に、基板ステージ1上に載置された透光性絶縁基板2の裏面側からレーザ光14を照射して微結晶シリコン膜7の裏面で発生したラマン散乱光15を測定し(ラマン分光法)、成長する微結晶シリコン膜7の結晶化率I520/I480を透光性絶縁基板2越しにモニタリングすることができる。ラマン分光法を用いることにより、透光性絶縁基板2越しであっても膜厚100nm以下の微結晶シリコン膜7の結晶化率I520/I480を正確に評価することができる。 As described above, in the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the second embodiment, similarly to the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment, the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment is formed on the transparent insulating substrate 2. The crystal silicon film has a structure for monitoring and evaluating the crystallization rate I 520 / I 480 of in-situ Raman spectroscopy measurement. By providing such a configuration, the laser beam 14 was irradiated from the back side of the translucent insulating substrate 2 placed on the substrate stage 1 during film formation, and generated on the back side of the microcrystalline silicon film 7. The Raman scattered light 15 is measured (Raman spectroscopy), and the crystallization rate I 520 / I 480 of the growing microcrystalline silicon film 7 can be monitored through the translucent insulating substrate 2. By using Raman spectroscopy, the crystallization rate I 520 / I 480 of the microcrystalline silicon film 7 having a film thickness of 100 nm or less can be accurately evaluated even through the translucent insulating substrate 2.
そして、成長する微結晶シリコン膜7(≦100nm)の結晶化率I520/I480をモニタリングし、得られた結晶化率I520/I480の情報を元に、結晶化率I520/I480が目標値になるように製膜条件にフィードバックをかけて製膜パラメータ(原料ガスの供給量およびシャワーヘッド4に印加する高周波電力)を自動制御で調整する。これにより、製膜初期層の結晶化率I520/I480を増加させることができ、incubation layerを形成せずに、膜厚方向において結晶化率I520/I480が略均一な微結晶シリコン膜を形成することができる。 Then, the crystallization rate I 520 / I 480 of the growing microcrystalline silicon film 7 (≦ 100 nm) is monitored, and based on the information of the obtained crystallization rate I 520 / I 480 , the crystallization rate I 520 / I. The film forming parameters (feed amount of raw material gas and high frequency power applied to the shower head 4) are adjusted by automatic control by feeding back the film forming conditions so that 480 becomes a target value. Thereby, it is possible to increase the crystallization rate I 520 / I 480 of the initial layer of film formation, and without forming an incubation layer, microcrystalline silicon having a substantially uniform crystallization rate I 520 / I 480 in the film thickness direction. A film can be formed.
また、実施の形態2にかかる微結晶シリコン膜の製造装置においては、実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置と同様にモニタ窓12が透光性絶縁基板2の裏面側に位置しているため、成膜中に製膜条件のフィードバックの自動制御の精度が低下することなく、製膜条件のフィードバックの自動制御を適切に行うことができる。 In the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the second embodiment, the monitor window 12 is positioned on the back side of the translucent insulating substrate 2 as in the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment. Therefore, the automatic control of the feedback of the film forming conditions can be appropriately performed without reducing the accuracy of the automatic control of the feedback of the film forming conditions during the film formation.
したがって、実施の形態2にかかる微結晶シリコン膜の製造装置によれば、膜厚方向において結晶化率が略均一な、膜質の安定した微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができ、膜厚方向における結晶化率が略均一な微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。 Therefore, according to the apparatus for manufacturing a microcrystalline silicon film according to the second embodiment, a microcrystalline silicon film having a stable film quality with a substantially uniform crystallization rate in the film thickness direction can be formed with a high yield. A microcrystalline silicon film having a substantially uniform crystallization rate in the direction can be formed with high yield.
また、実施の形態2にかかる微結晶シリコン膜の製造方法においては、透光性絶縁基板2上に形成される微結晶シリコン膜7の結晶化率I520/I480をin−situで透光性絶縁基板2の裏面側からラマン分光測定してモニタリングし、得られた結晶化率I520/I480の情報を元に、結晶化率I520/I480が目標値になるように製膜条件にフィードバックをかけて製膜パラメータ(原料ガスの供給量およびシャワーヘッド4に印加する高周波電力)を自動制御で調整する。これにより、製膜初期層の結晶化率I520/I480を増加させることができ、incubation layerを形成せずに、膜厚方向において結晶化率が略均一な微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。 Further, in the method for manufacturing a microcrystalline silicon film according to the second embodiment, the crystallization rate I 520 / I 480 of the microcrystalline silicon film 7 formed on the translucent insulating substrate 2 is transmitted in-situ. and Raman spectrometry was monitored from the back side of sexual insulating substrate 2, based on the obtained information of the crystallization ratio I 520 / I 480, form a film having a crystallization ratio I 520 / I 480 is the target value The film forming parameters (feed amount of raw material gas and high frequency power applied to the shower head 4) are adjusted by automatic control by feeding back the conditions. As a result, the crystallization rate I 520 / I 480 of the initial film formation layer can be increased, and a microcrystalline silicon film having a substantially uniform crystallization rate in the film thickness direction can be formed with good yield without forming an incubation layer. can do.
実施の形態3.
図15は、実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造装置の構造を示す模式図である。図15では、基板ステージ1とシャワーヘッド4については上面図を示している。図15に示すように、実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造装置では、微結晶シリコン膜の成膜時に結晶化率I520/I480を測定するモニタリングポイント(モニタリングポイントPa〜Pi)が、基板ステージ1の面内方向において9箇所に設けられた構成とされている。なお、ここでは、モニタリングポイントを9箇所としているが、モニタリングポイント数はこれに限定されるものではない。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a structure of a microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the third embodiment. FIG. 15 shows a top view of the substrate stage 1 and the shower head 4. As shown in FIG. 15, in the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the third embodiment, the monitoring points (monitoring points Pa to Pi) for measuring the crystallization rate I 520 / I 480 when the microcrystalline silicon film is formed. However, it is configured to be provided at nine locations in the in-plane direction of the substrate stage 1. Here, although nine monitoring points are provided, the number of monitoring points is not limited to this.
各モニタリングポイントPa〜Piにおいては、それぞれ基板ステージ1における上面側(透光性絶縁基板2を保持する側)の内部に孔8(8a〜8i)が設けられている。また、孔8(8a〜8i)の内部にはそれぞれ各孔8(8a〜8i)に対応するモニタ窓12(図示せず)およびレンズ9(図示せず)が設置されている。レンズ9には、それぞれ対応する引き出し線27a〜27iが接続されている。 In each of the monitoring points Pa to Pi, holes 8 (8a to 8i) are provided inside the upper surface side (side holding the translucent insulating substrate 2) of the substrate stage 1, respectively. Moreover, the monitor window 12 (not shown) and the lens 9 (not shown) corresponding to each hole 8 (8a-8i) are each installed in the inside of the hole 8 (8a-8i). Corresponding lead lines 27a to 27i are connected to the lens 9, respectively.
ラマンレーザ光源10から出射されたレーザ光14は、光ファイバー線11を介して分岐ファイバー線28を通って引き出し線27a〜27iに入射される。そして、レーザ光14は引き出し線27a〜27iからレンズ9に入射され、孔8(8a〜8i)の上部に設けられたモニタ窓12(12a〜12i)を通過して透光性絶縁基板2の裏側(下面側)から微結晶シリコン膜7に照射される。 The laser light 14 emitted from the Raman laser light source 10 is incident on the lead lines 27 a to 27 i through the branch fiber line 28 via the optical fiber line 11. Then, the laser beam 14 is incident on the lens 9 from the lead lines 27a to 27i, passes through the monitor windows 12 (12a to 12i) provided in the upper part of the holes 8 (8a to 8i), and is transmitted through the transparent insulating substrate 2. The microcrystalline silicon film 7 is irradiated from the back side (lower surface side).
ここで、分岐ファイバー線28は引き出し線27a〜27iに対して瞬時に切り替わって接続される構成となっており、引き出し線27aはモニタリングポイントPaの孔8aに、引き出し線27bはモニタリングポイントPbの孔8bに、引き出し線27cはモニタリングポイントPcの孔8cに、引き出し線27dはモニタリングポイントPdの孔8dに、引き出し線27eはモニタリングポイントPeの孔8eに、引き出し線27fはモニタリングポイントPfの孔8fに、引き出し線27gはモニタリングポイントPgの孔8gに、引き出し線27hはモニタリングポイントPhの孔8hに、引き出し線27iはモニタリングポイントPiの孔8iに、それぞれ接続されている。 Here, the branch fiber line 28 is configured to be instantaneously switched and connected to the lead lines 27a to 27i. The lead line 27a is in the hole 8a of the monitoring point Pa, and the lead line 27b is in the hole of the monitoring point Pb. 8b, the lead line 27c is in the hole 8c of the monitoring point Pc, the lead line 27d is in the hole 8d of the monitoring point Pd, the lead line 27e is in the hole 8e of the monitoring point Pe, and the lead line 27f is in the hole 8f of the monitoring point Pf. The lead wire 27g is connected to the hole 8g of the monitoring point Pg, the lead wire 27h is connected to the hole 8h of the monitoring point Ph, and the lead wire 27i is connected to the hole 8i of the monitoring point Pi.
レーザ光14が微結晶シリコン膜7に照射されて発生したラマン散乱光15は、レーザ光14と逆向きに、モニタ窓12(12a〜12i)からレンズ9、引き出し線27a〜27i、光ファイバー線11を通って、分光器13にて受光され、図2に示したようなラマンスペクトルが得られる。 The Raman scattered light 15 generated by irradiating the microcrystalline silicon film 7 with the laser light 14 is directed in the opposite direction to the laser light 14 from the monitor window 12 (12a-12i) to the lens 9, lead lines 27a-27i, and the optical fiber line 11. The light is received by the spectroscope 13 and a Raman spectrum as shown in FIG. 2 is obtained.
分光器13はコントローラ18を介して、シランガス(SiH4)供給用マスフロー16、水素ガス(H2)供給用マスフロー17と接続されている。コントローラ18は、分光器13で検出された9箇所のモニタリングポイントPa〜Piにおけるラマンスペクトルの情報から、微結晶シリコン膜7の面内方向における9箇所の結晶化率I520/I480を略同時にモニタリングし、分光器13で読み取った結晶化率I520/I480の測定値が目標とする値に近づくように、コントローラ18がシランガス(SiH4)供給用マスフロー16および水素ガス(H2)供給用マスフロー17を自動制御して成膜処理時に原料ガスの供給量にフィードバックをかける。 The spectrometer 13 is connected to a silane gas (SiH 4 ) supply mass flow 16 and a hydrogen gas (H 2 ) supply mass flow 17 via a controller 18. From the Raman spectrum information at the nine monitoring points Pa to Pi detected by the spectroscope 13, the controller 18 calculates the crystallization ratios I 520 / I 480 at nine locations in the in-plane direction of the microcrystalline silicon film 7 substantially simultaneously. The controller 18 supplies the silane gas (SiH 4 ) supply mass flow 16 and the hydrogen gas (H 2 ) so that the measured value of the crystallization rate I 520 / I 480 monitored and read by the spectroscope 13 approaches the target value. The mass flow 17 is automatically controlled to feed back the supply amount of the source gas during the film forming process.
すなわち、実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置と同様に、成膜中に製膜パラメータである原料ガス供給量を自動制御で調整する。これにより、製膜初期層の結晶化率I520/I480を増加させることができ、incubation layerを形成せずに、膜厚方向に結晶化率I520/I480が均一な微結晶シリコン膜を形成することができる。 That is, as in the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment, the supply amount of the source gas, which is a film forming parameter, is automatically controlled during film formation. As a result, the crystallization rate I 520 / I 480 of the initial film formation layer can be increased, and a microcrystalline silicon film having a uniform crystallization rate I 520 / I 480 in the film thickness direction without forming an incubation layer. Can be formed.
ここで、実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造装置では、図15に示すようにシランガス(SiH4)供給用マスフロー16および水素ガス(H2)供給用マスフロー17が、各モニタリングポイント(モニタリングポイントPa〜Pi)に対応してそれぞれ9個設けられている(シランガス(SiH4)供給用マスフロー16a〜16i、水素ガス(H2)供給用マスフロー17a〜17i)。また、シャワーヘッド4は、各モニタリングポイント(モニタリングポイントPa〜Pi)に対応してそれぞれ9つの領域(シャワーヘッド領域4a〜4i)に分割されている。また、シランガス(SiH4)供給用マスフロー16(16a〜16i)および水素ガス(H2)供給用マスフロー17(17a〜17i)は、それぞれ対応するガス供給用配管3(3a〜3i)を介して、対応するシャワーヘッド領域4a〜4iに接続されている。 Here, in the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the third embodiment, as shown in FIG. 15, the silane gas (SiH 4 ) supply mass flow 16 and the hydrogen gas (H 2 ) supply mass flow 17 are connected to each monitoring point ( Nine (corresponding to the monitoring points Pa to Pi) are provided (silane gas (SiH 4 ) supply mass flows 16a to 16i, hydrogen gas (H 2 ) supply mass flows 17a to 17i). The shower head 4 is divided into nine regions (shower head regions 4a to 4i) corresponding to the respective monitoring points (monitoring points Pa to Pi). The silane gas (SiH 4 ) supply mass flow 16 (16a to 16i) and the hydrogen gas (H 2 ) supply mass flow 17 (17a to 17i) are respectively connected through the corresponding gas supply pipes 3 (3a to 3i). Are connected to the corresponding showerhead regions 4a-4i.
そして、コントローラ18は、各モニタリングポイント(モニタリングポイントPa〜Pi)で測定された結晶化率I520/I480が目標値に近づくようにシランガス(SiH4)供給用マスフロー16a〜16iおよび水素ガス(H2)供給用マスフロー17a〜17iを個別に独立して制御して、シャワーヘッド領域4a〜4iからの透光性絶縁基板2への「ガス供給量」を個別に調整することが可能である。 Then, the controller 18 uses the silane gas (SiH 4 ) supply mass flows 16a to 16i and hydrogen gas (hydrogen gas (SiH 4 ) supply so that the crystallization rate I 520 / I 480 measured at each monitoring point (monitoring points Pa to Pi) approaches the target value. H 2 ) It is possible to individually control the supply mass flows 17a to 17i and individually adjust the “gas supply amount” from the shower head regions 4a to 4i to the translucent insulating substrate 2. .
また、図15に示すように実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造装置では、各モニタリングポイント(モニタリングポイントPa〜Pi)に対応して9個の電源5(電源5a〜5i)が設けられており、それぞれ電源線19(19a〜19i)を介して対応するシャワーヘッド領域4a〜4iに接続されている。 As shown in FIG. 15, in the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the third embodiment, nine power supplies 5 (power supplies 5a to 5i) are provided corresponding to each monitoring point (monitoring points Pa to Pi). Are connected to the corresponding shower head regions 4a to 4i through power lines 19 (19a to 19i), respectively.
そして、コントローラ18は、各モニタリングポイント(モニタリングポイントPa〜Pi)で測定された結晶化率I520/I480が目標値に近づくように電源5a〜5iを個別に独立して制御して、「シャワーヘッド領域4a〜4iへ印加する高周波電力」を個別に調整することが可能である。 Then, the controller 18 individually controls the power supplies 5a to 5i independently so that the crystallization ratios I 520 / I 480 measured at the respective monitoring points (monitoring points Pa to Pi) approach the target value. It is possible to individually adjust the “high-frequency power applied to the shower head regions 4a to 4i”.
このように、実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造装置では、結晶化率I520/I480のモニタリング機構が基板ステージ1上の9箇所に設けられており、各モニタリングポイントに対応する形でシャワーヘッド4が複数領域に分割されている。そして、各モニタリングポイントで測定された結晶化率I520/I480の値が目標値に近づくように、対応するシャワーヘッド領域からの「ガス供給量」および「シャワーヘッド領域へ印加する高周波電力」を個別に調整することが可能である。これにより、膜厚方向における結晶化率I520/I480が略均一な微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。 As described above, in the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the third embodiment, the monitoring mechanisms of the crystallization ratios I 520 / I 480 are provided at nine locations on the substrate stage 1 and correspond to each monitoring point. The shower head 4 is divided into a plurality of regions. Then, the “gas supply amount” from the corresponding shower head region and the “high frequency power applied to the shower head region” so that the value of the crystallization rate I 520 / I 480 measured at each monitoring point approaches the target value. Can be adjusted individually. Thus, a microcrystalline silicon film having a substantially uniform crystallization ratio I 520 / I 480 in the film thickness direction can be formed with high yield.
図16は、従来の微結晶シリコン膜の製造装置を用いて100mm角サイズの基板上に膜厚2μmで作製したi型微結晶シリコン膜の結晶化率I520/I480の測定値の面内分布を示す特性図である。図17は、実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて膜厚2μmで作製したi型微結晶シリコン膜の結晶化率I520/I480の測定値の面内分布を示す特性図である。ここで、結晶化率I520/I480は、100mm角サイズの基板上に作製したi型微結晶シリコン膜の面内64箇所(縦と横8×8箇所)をラマン分光法で測定したラマンピーク強度比I520/I480の値である。 FIG. 16 shows the in-plane measurement values of the crystallization rate I 520 / I 480 of an i-type microcrystalline silicon film formed on a 100 mm square substrate with a film thickness of 2 μm using a conventional microcrystalline silicon film manufacturing apparatus. It is a characteristic view which shows distribution. FIG. 17 shows an in-plane distribution of measured values of the crystallization ratios I 520 / I 480 of an i-type microcrystalline silicon film manufactured with a film thickness of 2 μm using the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the third embodiment. FIG. Here, the crystallization rate I 520 / I 480 is a Raman value obtained by measuring the in-plane 64 locations (vertical and horizontal 8 × 8 locations) of the i-type microcrystalline silicon film formed on a 100 mm square substrate by Raman spectroscopy. The peak intensity ratio is I 520 / I 480 .
図17より、実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製したi型微結晶シリコン膜では、結晶化率I520/I480が4%〜4.3%の範囲内に入っており、結晶化率I520/I480の面内分布としては±1.5%が得られていることが分かる。これに対して、図16においては、基板ステージ1(透光性絶縁基板2)の周辺部で結晶化率I520/I480の低い領域が存在しており、結晶化率I520/I480の面内分布は±7.5%であり、実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて形成したi型微結晶シリコン膜に比べて約5倍劣っている。これは、従来の微結晶シリコン膜の製造装置では水素(H2)がシャワーヘッドから基板表面に対して略均一に供給されるため、基板ステージの端部において、結晶化反応を促進させる水素(H)ラジカルの供給が不十分になるためである。 As shown in FIG. 17, in the i-type microcrystalline silicon film manufactured by the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the third embodiment, the crystallization ratio I 520 / I 480 falls within the range of 4% to 4.3%. Thus, it can be seen that ± 1.5% is obtained as the in-plane distribution of the crystallization rate I 520 / I 480 . In contrast, in FIG. 16 is a region of low crystallization ratio I 520 / I 480 is present at the periphery of the substrate stage 1 (translucent insulating substrate 2), the crystallization ratio I 520 / I 480 The in-plane distribution is ± 7.5%, which is about 5 times inferior to the i-type microcrystalline silicon film formed using the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the third embodiment. This is because hydrogen (H 2 ) is supplied from the shower head to the substrate surface substantially uniformly in the conventional apparatus for producing a microcrystalline silicon film, so that hydrogen (accelerating the crystallization reaction) at the end of the substrate stage ( H) The supply of radicals is insufficient.
しかしながら、実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造装置では、透光性絶縁基板2の表面への水素ガス(H2)の供給量を領域毎に個別に独立して制御することが可能であり、基板ステージ1の端部においても水素(H)ラジカルを十分に供給することが可能である。これにより、結晶化率I520/I480の面内分布を従来に比べて約5倍改善することができている。 However, in the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the third embodiment, the supply amount of hydrogen gas (H 2 ) to the surface of the translucent insulating substrate 2 can be controlled independently for each region. Thus, hydrogen (H) radicals can be sufficiently supplied also at the end of the substrate stage 1. As a result, the in-plane distribution of the crystallization ratio I 520 / I 480 can be improved by about 5 times compared to the conventional case.
図18は、従来の微結晶シリコン膜の製造装置を用いてi型微結晶シリコン膜(発電層)を作製した薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)の発電効率の面内分布を示す特性図である。図19は、実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いてi型微結晶シリコン膜(発電層)を作製した薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)の発電効率の面内分布を示す特性図である。ここでは100mm角サイズの透光性絶縁基板上に計64個の薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)を作製し、これらの発電効率(%)の測定結果の面内分布を表示している。なお、外周に位置する薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)は電極の接続に使用するため、実質の測定セルの個数は49個である。 FIG. 18 is a characteristic diagram showing an in-plane distribution of power generation efficiency of a thin-film solar cell (microcrystalline silicon cell) in which an i-type microcrystalline silicon film (power generation layer) is manufactured using a conventional microcrystalline silicon film manufacturing apparatus. It is. FIG. 19 shows an in-plane distribution of power generation efficiency of a thin-film solar cell (microcrystalline silicon cell) in which an i-type microcrystalline silicon film (power generation layer) is produced using the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the third embodiment. FIG. Here, a total of 64 thin-film solar cells (microcrystalline silicon cells) are produced on a 100 mm square size translucent insulating substrate, and the in-plane distribution of the measurement results of these power generation efficiencies (%) is displayed. . In addition, since the thin film photovoltaic cell (microcrystalline silicon cell) located in an outer periphery is used for the connection of an electrode, the number of the actual measurement cells is 49 pieces.
図19より、透光性絶縁基板上の49個の薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)において、発電効率(%)は全て7%〜7.4%の範囲内に入っており、面内分布としては±1.1%が得られていることが分かる。一方、図18においては、発電効率(%)は透光性絶縁基板の中央部で高く、周辺に近づくほど徐々に減少する面内分布を示しており、これは図16で示した結晶化率I520/I480の偏り(面内分布)を反映している。図18における発電効率の面内分布は±4.6%であり、実施の形態3によるセルの面内分布に比べて約4倍劣っている。すなわち、実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いてi型微結晶シリコン膜(発電層)を形成して薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)を作製することにより、発電効率の面内分布を従来に比べて約4倍向上させることができる。 From FIG. 19, in the 49 thin film solar cells (microcrystalline silicon cells) on the translucent insulating substrate, the power generation efficiency (%) is all within the range of 7% to 7.4%. It can be seen that ± 1.1% is obtained as the distribution. On the other hand, in FIG. 18, the power generation efficiency (%) is high in the central portion of the translucent insulating substrate, and shows an in-plane distribution that gradually decreases toward the periphery, which is the crystallization rate shown in FIG. The deviation (in-plane distribution) of I 520 / I 480 is reflected. The in-plane distribution of power generation efficiency in FIG. 18 is ± 4.6%, which is approximately four times inferior to the in-plane distribution of the cell according to the third embodiment. That is, by using the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the third embodiment to form an i-type microcrystalline silicon film (power generation layer) to produce a thin film solar cell (microcrystalline silicon cell), power generation efficiency The in-plane distribution can be improved about four times compared to the conventional case.
以上のように、実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて微結晶シリコン膜を形成した場合には、微結晶シリコン膜の結晶化率I520/I480の面内分布を、従来に比べて略均一に調整することが可能となる。そして、実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いてi型微結晶シリコン膜(発電層)を形成して薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)を作製した場合には、発電効率の面内分布を従来に比べて向上させるとともに略均一に調整することができる。すなわち、従来に比べて、より高い発電効率を、より良好な面内分布で実現した薄膜太陽電池セル(微結晶シリコンセル)を得ることができる。 As described above, when the microcrystalline silicon film is formed using the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the third embodiment, the in-plane distribution of the crystallization ratios I 520 / I 480 of the microcrystalline silicon film is obtained. Thus, it becomes possible to make adjustment almost uniformly as compared with the conventional case. Then, when an i-type microcrystalline silicon film (power generation layer) is formed using the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the third embodiment to produce a thin film solar cell (microcrystalline silicon cell), power generation The in-plane distribution of efficiency can be improved as compared with the conventional case and can be adjusted substantially uniformly. That is, it is possible to obtain a thin-film solar battery cell (microcrystalline silicon cell) that achieves higher power generation efficiency and better in-plane distribution as compared with the conventional case.
上述したように、実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造装置においては、実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置と同様に、透光性絶縁基板2上に形成される微結晶シリコン膜の結晶化率I520/I480をin−situでラマン分光測定してモニタリングし、評価するための構成を有する。このような構成を備えることにより、製膜中に、基板ステージ1上に載置された透光性絶縁基板2の裏面側からレーザ光14を照射して微結晶シリコン膜7の裏面で発生したラマン散乱光15を測定し(ラマン分光法)、成長する微結晶シリコン膜7の結晶化率I520/I480を透光性絶縁基板2越しにモニタリングすることができる。ラマン分光法を用いることにより、透光性絶縁基板2越しであっても膜厚100nm以下の微結晶シリコン膜7の結晶化率I520/I480を正確に評価することができる。 As described above, in the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the third embodiment, similarly to the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment, the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment is formed on the translucent insulating substrate 2. The crystal silicon film has a structure for monitoring and evaluating the crystallization rate I 520 / I 480 of in-situ Raman spectroscopy measurement. By providing such a configuration, the laser beam 14 was irradiated from the back side of the translucent insulating substrate 2 placed on the substrate stage 1 during film formation, and generated on the back side of the microcrystalline silicon film 7. The Raman scattered light 15 is measured (Raman spectroscopy), and the crystallization rate I 520 / I 480 of the growing microcrystalline silicon film 7 can be monitored through the translucent insulating substrate 2. By using Raman spectroscopy, the crystallization rate I 520 / I 480 of the microcrystalline silicon film 7 having a film thickness of 100 nm or less can be accurately evaluated even through the translucent insulating substrate 2.
そして、成長する微結晶シリコン膜7(≦100nm)の結晶化率I520/I480をモニタリングし、得られた結晶化率I520/I480の情報を元に、結晶化率I520/I480が目標値になるように製膜条件にフィードバックをかけて製膜パラメータ(原料ガスの供給量およびシャワーヘッド4に印加する高周波電力)を自動制御で調整する。これにより、製膜初期層の結晶化率I520/I480を増加させることができ、incubation layerを形成せずに、膜厚方向において結晶化率I520/I480が略均一な微結晶シリコン膜を形成することができる。 Then, the crystallization rate I 520 / I 480 of the growing microcrystalline silicon film 7 (≦ 100 nm) is monitored, and based on the information of the obtained crystallization rate I 520 / I 480 , the crystallization rate I 520 / I. The film forming parameters (feed amount of raw material gas and high frequency power applied to the shower head 4) are adjusted by automatic control by feeding back the film forming conditions so that 480 becomes a target value. Thereby, it is possible to increase the crystallization rate I 520 / I 480 of the initial layer of film formation, and without forming an incubation layer, microcrystalline silicon having a substantially uniform crystallization rate I 520 / I 480 in the film thickness direction. A film can be formed.
さらに、実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造装置においては、結晶化率I520/I480のモニタリング機構が基板ステージ1上の複数箇所に設けられ、各モニタリングポイントで測定された結晶化率I520/I480の値が目標値に近づくように、対応するシャワーヘッド領域からの「ガス供給量」および「シャワーヘッド領域へ印加する高周波電力」を個別に調整する。これにより、膜厚方向における結晶化率I520/I480が略均一な微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。 Furthermore, in the apparatus for manufacturing a microcrystalline silicon film according to the third embodiment, the monitoring mechanism of the crystallization rate I 520 / I 480 is provided at a plurality of locations on the substrate stage 1, and the crystallization measured at each monitoring point is performed. The “gas supply amount” from the corresponding shower head region and the “high frequency power applied to the shower head region” are individually adjusted so that the value of the rate I 520 / I 480 approaches the target value. Thus, a microcrystalline silicon film having a substantially uniform crystallization ratio I 520 / I 480 in the film thickness direction can be formed with high yield.
また、実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造装置においては、実施の形態1にかかる微結晶シリコン膜の製造装置と同様にモニタ窓12が透光性絶縁基板2の裏面側に位置しているため、成膜中に製膜条件のフィードバックの自動制御の精度が低下することなく、製膜条件のフィードバックの自動制御を適切に行うことができ、膜厚方向における結晶化率I520/I480が略均一な微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。 In the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the third embodiment, the monitor window 12 is positioned on the back side of the translucent insulating substrate 2 as in the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the first embodiment. Therefore, automatic control of film forming condition feedback can be appropriately performed without reducing the accuracy of automatic film forming condition feedback during film formation, and the crystallization ratio I 520 / A microcrystalline silicon film with substantially uniform I 480 can be formed with high yield.
したがって、実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造装置によれば、良好な面内分布を維持しつつ、膜厚方向において結晶化率が略均一な、膜質の安定した微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。 Therefore, according to the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus according to the third embodiment, a microcrystalline silicon film having a stable film quality with a substantially uniform crystallization rate in the film thickness direction while maintaining a good in-plane distribution. It can be formed with high yield.
また、実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造方法においては、透光性絶縁基板2上に形成される微結晶シリコン膜7の結晶化率I520/I480をin−situで透光性絶縁基板2の裏面側からラマン分光測定してモニタリングし、得られた結晶化率I520/I480の情報を元に、結晶化率I520/I480が目標値になるように製膜条件にフィードバックをかけて製膜パラメータ(原料ガスの供給量およびシャワーヘッド4に印加する高周波電力)を自動制御で調整する。これにより、製膜初期層の結晶化率I520/I480を増加させることができ、incubation layerを形成せずに、膜厚方向において結晶化率I520/I480が略均一な微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。 Further, in the method for manufacturing a microcrystalline silicon film according to the third embodiment, the crystallization rate I 520 / I 480 of the microcrystalline silicon film 7 formed on the translucent insulating substrate 2 is transmitted in-situ. and Raman spectrometry was monitored from the back side of sexual insulating substrate 2, based on the obtained information of the crystallization ratio I 520 / I 480, form a film having a crystallization ratio I 520 / I 480 is the target value The film forming parameters (feed amount of raw material gas and high frequency power applied to the shower head 4) are adjusted by automatic control by feeding back the conditions. Thereby, it is possible to increase the crystallization rate I 520 / I 480 of the initial layer of film formation, and without forming an incubation layer, microcrystalline silicon having a substantially uniform crystallization rate I 520 / I 480 in the film thickness direction. A film can be formed with high yield.
さらに、実施の形態3にかかる微結晶シリコン膜の製造方法においては、微結晶シリコン膜7の複数箇所(モニタリングポイント)において結晶化率I520/I480をモニタリングし、各モニタリングポイントで測定された結晶化率I520/I480の値が目標値に近づくように、対応するシャワーヘッド領域からの「ガス供給量」および「シャワーヘッド領域へ印加する高周波電力」を個別に調整する。これにより、良好な面内分布を維持しつつ、膜厚方向における結晶化率I520/I480がより均一な微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。 Furthermore, in the method for manufacturing a microcrystalline silicon film according to the third embodiment, the crystallization ratios I 520 / I 480 are monitored at a plurality of locations (monitoring points) of the microcrystalline silicon film 7 and measured at each monitoring point. The “gas supply amount” from the corresponding shower head region and the “high frequency power applied to the shower head region” are individually adjusted so that the value of the crystallization rate I 520 / I 480 approaches the target value. Accordingly, a microcrystalline silicon film with a more uniform crystallization ratio I 520 / I 480 in the film thickness direction can be formed with a high yield while maintaining a good in-plane distribution.
また、上述した実施の形態にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いることにより、薄膜太陽電池の量産で一般に使用される大面積ガラス基板(1.1×1.4メートル)上においても、良好な発電効率を良好な面内分布で実現できることが見込まれる。 Moreover, by using the apparatus for producing a microcrystalline silicon film according to the above-described embodiment, it is good even on a large area glass substrate (1.1 × 1.4 meters) generally used in mass production of thin film solar cells. Power generation efficiency is expected to be realized with a good in-plane distribution.
なお、上記においては、光電変換層を一層のみ有するシングルセル型の薄膜太陽電池を例に説明したが、本発明は光電変換層が複数層積層されたタンデム型の薄膜太陽電池にも適用できる。この場合、光電変換層(発電層)の積層数が多いほど、本発明の効果が顕著となる。また、上記においては、微結晶シリコン膜7の結晶化率に基づいて製膜パラメータを自動で制御する場合について説明したが、状況に応じて手動で制御することも可能である。 In the above description, a single cell thin film solar cell having only one photoelectric conversion layer has been described as an example. However, the present invention can also be applied to a tandem thin film solar cell in which a plurality of photoelectric conversion layers are stacked. In this case, the effect of the present invention becomes more remarkable as the number of stacked photoelectric conversion layers (power generation layers) increases. In the above description, the film forming parameters are automatically controlled based on the crystallization rate of the microcrystalline silicon film 7. However, the film forming parameters can be manually controlled according to the situation.
以上のように、本発明にかかる微結晶シリコン膜の製造装置および微結晶シリコン膜の製造方法は、膜厚方向における膜質が安定した微結晶シリコン膜の製造に有用であり、特に、微結晶シリコン薄膜太陽電池の製造に適している。 As described above, the microcrystalline silicon film manufacturing apparatus and the microcrystalline silicon film manufacturing method according to the present invention are useful for manufacturing a microcrystalline silicon film having a stable film quality in the film thickness direction. Suitable for manufacturing thin film solar cells.
1 基板ステージ
2 透光性絶縁基板
3 ガス供給用配管
4 シャワーヘッド
4a〜4i シャワーヘッド領域
5 電源
5a〜5i 電源
6 プラズマ
7 微結晶シリコン膜
8 孔
8a〜8i 孔
9 レンズ
10 ラマンレーザ光源
11 光ファイバー線
12 モニタ窓
13 分光器
14 レーザ光
15 ラマン散乱光
16 シランガス(SiH4)供給用マスフロー
16a〜16i シランガス(SiH4)供給用マスフロー
17 供給用マスフロー
17a〜17i 水素ガス(H2)供給用マスフロー
18 コントローラ
19 電源線
19a〜19i 電源線
21 ガラス基板
22 アモルファスシリコン層
23 微結晶シリコン膜
24 微結晶シリコン膜
27a〜27i 引き出し線
28 分岐ファイバー線
31 モジュール
32 透光性絶縁基板
33 透明電極層
34 p型微結晶シリコン膜(μc−Si膜)
35 i型微結晶シリコン膜(μc−Si膜)
36 n型微結晶シリコン膜(μc−Si膜)
37 光電変換層
38 裏面電極層
Pa〜Pi モニタリングポイント
R 製膜室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate stage 2 Translucent insulated substrate 3 Gas supply piping 4 Shower head 4a-4i Shower head area 5 Power source 5a-5i Power source 6 Plasma 7 Microcrystalline silicon film 8 Hole 8a-8i Hole 9 Lens 10 Raman laser light source 11 Optical fiber line 12 monitor window 13 spectroscope 14 laser beam 15 Raman scattered light 16 silane gas (SiH 4) for supplying a mass flow 16a~16i silane gas (SiH 4) for supplying a mass flow 17 supplied mass flow 17a~17i hydrogen gas (H 2) for supplying a mass flow 18 Controller 19 Power supply line 19a to 19i Power supply line 21 Glass substrate 22 Amorphous silicon layer 23 Microcrystalline silicon film 24 Microcrystalline silicon film 27a to 27i Lead line 28 Branch fiber line 31 Module 32 Translucent insulating substrate 33 Transparent Bright electrode layer 34 p-type microcrystalline silicon film (μc-Si film)
35 i-type microcrystalline silicon film (μc-Si film)
36 n-type microcrystalline silicon film (μc-Si film)
37 Photoelectric conversion layer 38 Back electrode layer Pa to Pi Monitoring point R Film forming chamber
Claims (13)
前記微結晶シリコン膜の結晶化率を、前記被処理基板における前記被製膜面と反対側からラマン分光法により前記基板ステージおよび前記被処理基板を通して測定する測定手段と、
を備えることを特徴とする微結晶シリコン膜の製造装置。 A substrate to be processed having translucency is held on a substrate stage, and a plasma of the source gas is generated in a state where the source gas is supplied toward a film forming surface of the substrate to be processed, and the source gas is generated by the plasma. A film forming chamber for forming a microcrystalline silicon film by decomposing and depositing on the film surface;
Measuring means for measuring the crystallization rate of the microcrystalline silicon film through the substrate stage and the substrate to be processed by Raman spectroscopy from the opposite side of the substrate surface to be processed in the substrate to be processed;
An apparatus for producing a microcrystalline silicon film, comprising:
ラマン分光評価用のレーザ光を前記窓部および前記被処理基板を通して前記微結晶シリコン膜に照射するラマンレーザ光源と、
前記レーザ光が前記微結晶シリコン膜に照射されて発生したラマン散乱光を前記被処理基板および前記窓部を通して測定する分光器と、
前記分光器で測定した前記ラマン散乱光に基づいて前記微結晶シリコン膜の結晶化率を演算する演算手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の微結晶シリコン膜の製造装置。 A window for Raman spectroscopy evaluation for monitoring the crystallization rate of the microcrystalline silicon film provided on the substrate side of the substrate stage;
A Raman laser light source for irradiating the microcrystalline silicon film with the laser beam for Raman spectroscopic evaluation through the window and the substrate to be processed;
A spectroscope for measuring Raman scattered light generated by irradiating the microcrystalline silicon film with the laser light through the substrate to be processed and the window;
An arithmetic means for calculating a crystallization rate of the microcrystalline silicon film based on the Raman scattered light measured by the spectroscope,
The apparatus for producing a microcrystalline silicon film according to claim 1, comprising:
を特徴とする請求項2に記載の微結晶シリコン膜の製造装置。 A supply amount control means for automatically controlling the supply amount of the source gas based on the crystallization rate of the microcrystalline silicon film obtained by the computing means during the formation of the microcrystalline silicon film;
The apparatus for producing a microcrystalline silicon film according to claim 2.
を特徴とする請求項3に記載の微結晶シリコン膜の製造装置。 The window portion is provided at a plurality of measurement locations of the substrate stage, and the crystallization rate is measured at a plurality of locations of the microcrystalline silicon film,
The apparatus for producing a microcrystalline silicon film according to claim 3.
を特徴とする請求項4に記載の微結晶シリコン膜の製造装置。 The supply amount control means automatically controls the supply amount of the source gas independently for each region corresponding to the measurement location;
The apparatus for producing a microcrystalline silicon film according to claim 4.
を特徴とする請求項2に記載の微結晶シリコン膜の製造装置。 Applied power control means for automatically controlling applied power for generating the plasma based on the crystallization rate of the microcrystalline silicon film obtained by the computing means during the formation of the microcrystalline silicon film. Preparing,
The apparatus for producing a microcrystalline silicon film according to claim 2.
を特徴とする請求項6に記載の微結晶シリコン膜の製造装置。 The window portion is provided at a plurality of measurement locations of the substrate stage, and the crystallization rate is measured at a plurality of locations of the microcrystalline silicon film,
The apparatus for producing a microcrystalline silicon film according to claim 6.
を特徴とする請求項7に記載の微結晶シリコン膜の製造装置。 The applied power control means automatically controls the applied power independently for each region corresponding to the measurement location;
The apparatus for producing a microcrystalline silicon film according to claim 7.
前記微結晶シリコン膜の結晶化率を、前記被処理基板における前記被製膜面と反対側からラマン分光法により前記基板ステージおよび前記被処理基板を通して測定する第2工程と、
を含むことを特徴とする微結晶シリコン膜の製造方法。 A plasma of the source gas is generated in a state where the source gas is supplied toward the film-forming surface of the substrate to be processed having translucency, and the source gas is decomposed by the plasma and deposited on the film-forming surface. A first step of forming a microcrystalline silicon film on the substrate to be processed;
A second step of measuring the crystallization rate of the microcrystalline silicon film through the substrate stage and the substrate to be processed by Raman spectroscopy from the opposite side of the substrate surface to be processed in the substrate to be processed;
A method for producing a microcrystalline silicon film, comprising:
を特徴とする請求項9に記載の微結晶シリコン膜の製造方法。 Automatically controlling the supply amount of the source gas based on the crystallization rate of the microcrystalline silicon film during the formation of the microcrystalline silicon film;
The method for producing a microcrystalline silicon film according to claim 9.
を特徴とする請求項10に記載の微結晶シリコン膜の製造方法。 Measuring the crystallization rate in a plurality of locations of the microcrystalline silicon film, and automatically controlling the supply amount of the source gas independently for each region corresponding to the measurement location;
The method for producing a microcrystalline silicon film according to claim 10.
を特徴とする請求項9に記載の微結晶シリコン膜の製造方法。 Automatically controlling applied power for generating the plasma based on the crystallization rate of the microcrystalline silicon film during the formation of the microcrystalline silicon film;
The method for producing a microcrystalline silicon film according to claim 9.
を特徴とする請求項12に記載の微結晶シリコン膜の製造方法。 Measuring the crystallization rate in a plurality of locations of the microcrystalline silicon film, and automatically controlling the applied power independently for each region corresponding to the measurement location;
The method for producing a microcrystalline silicon film according to claim 12.
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