JPH05166733A - Method and apparatus for forming non-single crystal silicon film - Google Patents

Method and apparatus for forming non-single crystal silicon film

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JPH05166733A
JPH05166733A JP3329017A JP32901791A JPH05166733A JP H05166733 A JPH05166733 A JP H05166733A JP 3329017 A JP3329017 A JP 3329017A JP 32901791 A JP32901791 A JP 32901791A JP H05166733 A JPH05166733 A JP H05166733A
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JP
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film
crystal silicon
gas
silicon film
forming
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Japanese (ja)
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Izumi Tabata
泉 田畑
Kazuaki Tashiro
和昭 田代
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Canon Inc
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Canon Inc
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Abstract

PURPOSE:To enable formation of a high-quality non-single crystal silicon film with photodeterioration suppressed, damage due to ions during film formation reduced, and characteristics stabilized. CONSTITUTION:A first step to deposit a non-single crystal silicon film on a substrate 101 by high frequency plasma CVD method in a reaction chamber 100 and a second step to expose the deposited film to atomized hydrogen are conducted alternately. The atomized hydrogen used in the second step is generated by an A microwave plasma generator 150 so as to be introduced into the reaction chamber 100 via a ground metal mesh 105, or supplied into a B reaction chamber so as to be generated by such dc discharge that a positive bias is applied to an anode electrode 103.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、非単結晶シリコン膜の
形成方法および形成装置に関し、特に、基板上に大面積
の水素化された非単結晶シリコン膜を堆積成長させる、
非単結晶シリコン膜の形成方法および形成装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for forming a non-single crystal silicon film, and more particularly to depositing and growing a large area hydrogenated non-single crystal silicon film on a substrate.
The present invention relates to a method and an apparatus for forming a non-single crystal silicon film.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、水素化アモルファスシリコンなど
の非単結晶シリコン膜を用いた半導体装置の開発が盛ん
である。非単結晶シリコン膜とは、単結晶でない、すな
わちアモルファス、微結晶あるいは多結晶のシリコン膜
のことである。ここでいう非単結晶シリコン膜には、シ
リコンに炭素やゲルマニウムを含有させた非単結晶シリ
コン合金からなる膜も含まれる。また、この非単結晶シ
リコン膜中には一般に水素が含まれており、いわゆる水
素化非単結晶シリコン膜となっている。
2. Description of the Related Art In recent years, a semiconductor device using a non-single crystal silicon film such as hydrogenated amorphous silicon has been actively developed. The non-single-crystal silicon film is a silicon film which is not single crystal, that is, amorphous, microcrystalline, or polycrystalline. The non-single-crystal silicon film here includes a film made of a non-single-crystal silicon alloy in which carbon is added to silicon or germanium. In addition, this non-single crystal silicon film generally contains hydrogen, and is a so-called hydrogenated non-single crystal silicon film.

【0003】例えばアモルファスシリコン膜の場合、単
結晶シリコンと異なって低温基板やガラス基板の上に成
膜でき、大面積化も容易で、さらに光吸収が結晶シリコ
ンよりも大きく、特性が等方的であるなどの特徴を有す
るので、単結晶シリコンとは異なる利用分野が開拓され
ている。非単結晶シリコン膜を利用した主なデバイスと
しては、大面積であって低生産コストの太陽電池、ファ
クシミリ用の軽量小型な固体撮像装置などとして使用さ
れるラインセンサやエリアセンサ、液晶ディスプレイの
駆動や光センサのスイッチングに使用される薄膜トラン
ジスタ(TFT)、TFTアレーやTFTマトリック
ス、電子写真感光体などがあり、これらのものの開発が
精力的に進められている。非単結晶シリコン膜を単一の
光センサに用いた例もあるが、非単結晶シリコンデバイ
スの中心は、やはりその特性を生かした上述のような大
面積のデバイスである。
For example, an amorphous silicon film, unlike monocrystalline silicon, can be formed on a low temperature substrate or a glass substrate, can easily be made large in area, has a larger light absorption than crystalline silicon, and has isotropic characteristics. Since it has the characteristics such as, the field of application different from that of single crystal silicon has been developed. The main devices that use non-single-crystal silicon films are large-area, low-production-cost solar cells, lightweight and small solid-state imaging devices for facsimiles, line sensors, area sensors, and liquid crystal display drives. There are thin film transistors (TFTs), TFT arrays, TFT matrices, electrophotographic photoconductors, etc. used for switching photosensors, and the development of these is energetically advanced. Although there is an example in which a non-single-crystal silicon film is used for a single optical sensor, the center of a non-single-crystal silicon device is a large-area device as described above, which also makes the best use of its characteristics.

【0004】このような非単結晶シリコン膜の形成方法
として、従来、例えば水素化アモルファスシリコンの場
合、SiH4やSi26を成膜ガスとするRF(高周
波)プラズマCVD法(いわゆるGD法)やマイクロ波
プラズマCVD法、あるいは水素ガスの存在下でSiタ
ーゲットをArプラズマ中でスパッタする反応性スパッ
タリング法などが用いられてきた。実験的には、この他
にも、光CVD法、ECR(電子サイクロトロン共鳴)
CVD法、水素原子存在下でのSiの真空蒸着法などを
用いた例も報告されている。また、Si26などを用い
た熱CVD法による成膜例もある。これらの方法によっ
て得られる水素化アモルファスシリコン膜は、そのほと
んどが水素を10%あるいはそれ以上含むものである。
なお、アモルファスシリコンとして各種の電子デバイス
に利用できる特性を示すものは、すべてある程度以上の
水素を含むものである。
As a method of forming such a non-single-crystal silicon film, conventionally, for example, in the case of hydrogenated amorphous silicon, an RF (high frequency) plasma CVD method (so-called GD method) using SiH 4 or Si 2 H 6 as a film forming gas is used. ), A microwave plasma CVD method, or a reactive sputtering method of sputtering a Si target in Ar plasma in the presence of hydrogen gas. Experimentally, in addition to this, photo CVD method, ECR (electron cyclotron resonance)
Examples using a CVD method, a vacuum deposition method of Si in the presence of hydrogen atoms, and the like have also been reported. There is also an example of film formation by a thermal CVD method using Si 2 H 6 or the like. Most of the hydrogenated amorphous silicon films obtained by these methods contain 10% or more of hydrogen.
It should be noted that all of the amorphous silicon showing properties that can be used in various electronic devices contain hydrogen of a certain amount or more.

【0005】上述の各種の方法の中で水素化アモルファ
スシリコン膜の形成方法としてもっとも普及しているも
のは、プラズマCVD法である。この方法は、多くの場
合、SiH4またはSi26を成膜ガスとして用い、必
要に応じて水素ガスで希釈を行ない、13.56MHz
または2.45GHの高周波(マイクロ波)でプラズマ
を発生させ、プラズマにより成膜ガスを分解して反応性
のある活性種を生成し、基板上に水素化アモルファスシ
リコン膜を堆積させる方法である。成膜ガスに、PH3,
26,BF3などのドーピングガスを混ぜれば、n型や
+型、あるいはp型やp+型のアモルファスシリコン膜
を形成することができるので、これらを利用して各種の
アモルファスシリコン電子デバイスが作られている。
Among the various methods described above, the most popular method for forming a hydrogenated amorphous silicon film is the plasma CVD method. In most cases, this method uses SiH 4 or Si 2 H 6 as a film-forming gas, and dilutes it with hydrogen gas as needed.
Alternatively, it is a method in which plasma is generated at a high frequency (microwave) of 2.45 GH, the film forming gas is decomposed by the plasma to generate reactive active species, and a hydrogenated amorphous silicon film is deposited on the substrate. The film forming gas, PH 3,
By mixing a doping gas such as B 2 H 6 or BF 3 , an n-type or n + -type or p-type or p + -type amorphous silicon film can be formed. Electronic devices are made.

【0006】しかしながら、上述の非単結晶シリコン膜
をイメージセンサや太陽電池などの光電変換デバイスに
利用した場合、これらのデバイスの特性低下に大きく影
響する光劣化(いわゆるStabler−Wronsk
i効果)現象があることが知られている。その原因とし
て、非単結晶シリコン膜中の存在するダングリングボン
ドやSi同士の弱い結合が光照射によって切れることに
より、光電変換効率が低下することが考えられている。
光劣化の程度は、非単結晶シリコン膜の生成条件(基板
温度、成膜圧力、原料ガス濃度、高周波あるいはマイク
ロ波電力)の違いによってさまざまであるが、緻密度が
悪い膜ほど光劣化が大きくなるという傾向が知られてお
り、また、膜中の過剰な水素が光劣化の原因となるとも
いわれている。
However, when the above-mentioned non-single-crystal silicon film is used in a photoelectric conversion device such as an image sensor or a solar cell, photodegradation (so-called Stabler-Wronsk) which greatly affects deterioration of the characteristics of these devices.
It is known that there is a (i effect) phenomenon. As a cause for this, it is considered that dangling bonds and weak bonds between Si existing in the non-single crystal silicon film are broken by light irradiation, and thus the photoelectric conversion efficiency is lowered.
The degree of photodegradation varies depending on the difference in the conditions under which the non-single crystal silicon film is formed (substrate temperature, film formation pressure, source gas concentration, high frequency or microwave power). It is known that the excess hydrogen in the film causes photodegradation.

【0007】そこで、最近、この光劣化を防ぐ方法とし
て、成膜と表面の水素プラズマ処理を繰り返しながら非
単結晶シリコン膜を形成する方法が提案されている(例
えば、応用物理学会関係連合講演会予稿集1990年春季31
a-2D-8、31a-2D-11、同予稿集1988年秋季5p-2F-1、「応
用物理」誌第59巻第12号43〜45頁など)。これは、「化
学アニーリング」とも呼ばれる方法であって、例えば、
通常の高周波プラズマCVD装置にマイクロ波プラズマ
発生装置を取り付けた構成の装置を用い、アモルファス
シリコン膜を形成する場合であれば、SiH4ガスを通
常の高周波電力で分解して膜の堆積を行ない、一方で水
素ガスをマイクロ波電力で分解して生成させた多量の原
子状水素を堆積中の膜に向けて搬送するものである。こ
の場合、膜の堆積と原子状水素の搬送とが交互に繰り返
し行なわれるようにする。具体的には、上述の装置を使
用した場合には、高周波とマイクロ波と水素ガスの供給
は常時行ない、成膜性のガスであるSiH4の供給のみ
間欠的に行なわれるようにする。また、SiH4の供給
が行なわれていないときには、高周波プラズマ中のイオ
ンによるダメージを防ぐため、高周波の供給を止めるよ
うにすることも行なわれる。このようにすることによ
り、原子状水素が堆積膜中の過剰な水素を引抜き、これ
と同時に膜の構造緩和が行なわれ、この結果、緻密な膜
構造となって、過剰な水素に起因する光劣化が抑止され
るとされている。
Therefore, recently, as a method of preventing this photodegradation, a method of forming a non-single-crystal silicon film by repeating film formation and hydrogen plasma treatment of the surface has been proposed (for example, the Japan Society of Applied Physics Association Lecture Meeting). Proceedings Spring 1990 31
a-2D-8, 31a-2D-11, Proceedings, Autumn 1988, 5p-2F-1, "Applied Physics", Vol. 59, No. 12, pp. 43-45). This is a method also called "chemical annealing", for example,
In the case of forming an amorphous silicon film by using an apparatus having a microwave plasma generator attached to an ordinary high-frequency plasma CVD apparatus, SiH 4 gas is decomposed by ordinary high-frequency power to deposit the film, On the other hand, a large amount of atomic hydrogen generated by decomposing hydrogen gas with microwave power is transported toward the film being deposited. In this case, the deposition of the film and the transport of atomic hydrogen are alternately repeated. Specifically, when the above-mentioned apparatus is used, high frequency, microwave and hydrogen gas are constantly supplied, and only SiH 4 which is a film forming gas is intermittently supplied. Further, when SiH 4 is not supplied, the supply of high frequency is also stopped in order to prevent damage by ions in the high frequency plasma. By doing so, the atomic hydrogen abstracts the excess hydrogen in the deposited film, and at the same time, the structure of the film is relaxed. As a result, a dense film structure is formed, and the light caused by the excess hydrogen is removed. It is said that deterioration is suppressed.

【0008】ここで、堆積中の非単結晶シリコン膜に原
子状水素を曝すことによって、このように過剰な水素が
引き抜かれ堆積膜の構造緩和がなされることについて、
その機構を説明する。原子状水素に曝されているとき、
堆積中の非単結晶シリコン膜の表面でどのような現象が
起きているか、現状では必ずしも明らかではないが、現
在、2通りのモデルが考えられている。まず、第1のモ
デルでは、堆積表面にやってきた活性な原子状水素は、
堆積表面と堆積膜中を拡散しながら、膜表面と膜中に過
剰にあるSi−H結合を攻撃し、この結合から水素を引
き抜いて行く。このとき発生するダングリングボンド同
士は再結合し、膜全体としては、過剰にある水素が引き
抜かれつつ構造緩和も起こることになる。一方、第2の
モデルでは、膜表面にやって来た活性な原子状水素は、
膜の表面のみを拡散、移動し、表面にあるSi−H結合
の水素と反応してこの水素を引き抜く。これによって表
面に生じたダングリングボンドは、表面から膜中を拡散
して行く。この拡散は、膜中の水素原子のサイト間移動
に伴って進行するので、膜中の水素は表面に向かって移
動していることになり、常に膜中の水素が表面に供給さ
れることになる。この拡散してきた水素が引き続いて表
面反応で引き抜かれ、膜全体としては、過剰にある水素
が引き抜かれつつ構造緩和も起こることになる。
Here, by exposing atomic hydrogen to the non-single crystal silicon film being deposited, the excess hydrogen is extracted and the structural relaxation of the deposited film is carried out.
The mechanism will be described. When exposed to atomic hydrogen,
It is not always clear at present what kind of phenomenon is occurring on the surface of the non-single crystal silicon film being deposited, but two models are currently considered. First, in the first model, the active atomic hydrogen coming to the deposition surface is
While diffusing on the deposition surface and the deposited film, it attacks excessive Si—H bonds on the film surface and in the film, and abstracts hydrogen from this bond. The dangling bonds generated at this time are re-bonded to each other, so that the structure of the entire film is relaxed while the excess hydrogen is extracted. On the other hand, in the second model, the active atomic hydrogen coming to the film surface is
Only the surface of the film diffuses and moves, and reacts with the hydrogen of the Si-H bond on the surface to extract this hydrogen. The dangling bonds generated on the surface by this diffuse from the surface through the film. This diffusion proceeds along with the inter-site movement of hydrogen atoms in the film, so the hydrogen in the film is moving toward the surface, and the hydrogen in the film is always supplied to the surface. Become. The hydrogen that has diffused is subsequently extracted by a surface reaction, and the structure of the entire film is relaxed while the excess hydrogen is extracted.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述した化学アニーリ
ングの手法を用いて光劣化を防止しようとした場合、原
子状水素の発生にプラズマを利用することが一般的であ
るため、原子状水素に混じるイオンが堆積中の非単結晶
シリコン膜にダメージを与え、形成される非単結晶シリ
コン膜の高品質化の妨げになるという問題点があり、製
造されるデバイスの特性が不安定になるという問題点が
ある。このように特性が不安定になることは、特に大面
積のデバイスの場合に重大であり、歩留りの低下や製造
コストの上昇をもたらす。
When attempting to prevent photodegradation by using the above-described chemical annealing method, plasma is generally used to generate atomic hydrogen, so that it is mixed with atomic hydrogen. There is a problem that ions damage the non-single-crystal silicon film being deposited, which hinders the quality of the non-single-crystal silicon film to be formed, and the characteristics of the manufactured device become unstable. There is a point. Such instability of characteristics is particularly serious in the case of a large-area device, which causes a decrease in yield and an increase in manufacturing cost.

【0010】本発明の目的は、光劣化が抑止され、成膜
中のイオンによるダメージが少なく、かつ特性の安定し
た高品質な非単結晶シリコン膜を形成することのできる
非単結晶シリコンの形成方法と、この形成方法の実施に
用いられる形成装置とを提供することにある。
An object of the present invention is to form non-single-crystal silicon which is capable of forming a high-quality non-single-crystal silicon film in which photodegradation is suppressed, damage by ions during film formation is small, and characteristics are stable. It is to provide a method and a forming apparatus used for carrying out the forming method.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】第1の発明の非単結晶シ
リコン膜の形成方法は、基板上に非単結晶シリコン膜を
堆積する第1の工程と、該第1の工程によって形成され
た非単結晶シリコン膜の表面を原子状水素に曝す第2の
工程とを交互に繰り返し行なう非単結晶シリコン膜の形
成方法において、前記基板は成膜容器内に設けられ、前
記第1の工程は高周波プラズマCVD法で行なわれ、前
記第2の工程で使用される原子状水素は、前記成膜容器
に接続されたマイクロ波プラズマ発生手段で生成され、
生成された原子状水素は、接地された導線性の網を介し
て、前記成膜容器内の前記高周波プラズマCVD法によ
る高周波プラズマが形成されるべき空間に導入されるこ
とを特徴とする。
A method of forming a non-single-crystal silicon film according to a first aspect of the present invention comprises a first step of depositing a non-single-crystal silicon film on a substrate, and a step of forming the non-single-crystal silicon film by the first step. In a method for forming a non-single-crystal silicon film, which comprises alternately repeating a second step of exposing the surface of the non-single-crystal silicon film to atomic hydrogen, the substrate is provided in a film forming container, and the first step is Atomic hydrogen used in the second step, which is performed by a high frequency plasma CVD method, is generated by a microwave plasma generating means connected to the film forming container,
The generated atomic hydrogen is introduced into the space in which the high-frequency plasma by the high-frequency plasma CVD method is to be formed in the film forming container through a grounded conductive net.

【0012】第2の発明の非単結晶シリコン膜の形成方
法は、成膜容器内に基板を保持し、前記基板上に非単結
晶シリコン膜を堆積する第1の工程と、該第1の工程に
よって形成された非単結晶シリコン膜の表面を原子状水
素に曝す第2の工程とを交互に繰り返し行なう非単結晶
シリコン膜の形成方法において、前記第2の工程の実施
中、前記基板側に正のバイアス電圧が印加されるように
して前記成膜容器内に直流放電を発生させ、前記直流放
電によって生成する原子状水素を前記第2の工程に利用
するものであることを特徴とする。
In the method for forming a non-single-crystal silicon film of the second invention, the first step of holding the substrate in a film forming container and depositing the non-single-crystal silicon film on the substrate, and the first step. In the method of forming a non-single-crystal silicon film, wherein the second step of exposing the surface of the non-single-crystal silicon film formed by the step to atomic hydrogen is alternately repeated, the substrate side is provided during the execution of the second step. A direct current discharge is generated in the film forming container such that a positive bias voltage is applied to, and atomic hydrogen generated by the direct current discharge is used in the second step. ..

【0013】第3の発明の非単結晶シリコン膜の形成装
置は、排気可能な成膜容器と、該成膜容器内に高周波プ
ラズマを発生させる高周波プラズマ手段と、マイクロ波
源と、前記成膜容器内に設けられた拡散口と、前記拡散
口に接続され前記マイクロ波源からのマイクロ波によっ
てマイクロ波プラズマを生成するマイクロ波プラズマ発
生手段とを有し、前記成膜容器内に保持された基板上に
非単結晶シリコン膜を堆積成長させる非単結晶シリコン
膜の形成装置であって、前記拡散口は、前記高周波プラ
ズマ手段が高周波プラズマを生成する空間に向けて開口
し、かつ、前記成膜容器に対して接地された導電性の網
が前記拡散口の開口部を覆うように設けられている。
A non-single-crystal silicon film forming apparatus according to a third aspect of the present invention comprises a film-forming container which can be evacuated, a high-frequency plasma means for generating high-frequency plasma in the film-forming container, a microwave source, and the film-forming container. On a substrate held in the film forming container, which has a diffusion port provided inside and a microwave plasma generation unit that is connected to the diffusion port and generates microwave plasma by a microwave from the microwave source. A non-single crystal silicon film forming apparatus for depositing and growing a non-single crystal silicon film on a substrate, wherein the diffusion port is opened toward a space where the high frequency plasma means generates high frequency plasma, and the film forming container A conductive net, which is grounded with respect to, is provided to cover the opening of the diffusion port.

【0014】第4の発明の非単結晶シリコン膜の形成装
置は、排気可能な成膜容器と、前記成膜容器内に設けら
れ基板を保持し得る支持電極と、前記支持電極に対向し
て前記成膜容器内に設けられた対向電極と、前記成膜容
器内に水素ガスを導入する第1のガス導入手段と、前記
成膜容器内に成膜性のガスを導入する第2のガス導入手
段と、前記支持電極と前記対向電極との間に高周波電力
を印加する高周波電源と、前記支持電極に正のバイアス
電圧が印加されるようにする直流電源と、前記高周波電
源と前記第2のガス導入手段が作動しかつ前記直流電源
が作動しない第1の時間帯と、前記直流電源が作動しか
つ前記高周波電源および前記第2のガス導入手段が作動
しない第2の時間帯とが交互に現れるように、前記高周
波電源と前記直流電源と前記第2のガス導入手段とを制
御する制御手段とを有する。
A non-single-crystal silicon film forming apparatus according to a fourth aspect of the present invention comprises a film-forming container that can be evacuated, a support electrode that is provided in the film-forming container and can hold a substrate, and a support electrode that faces the support electrode. A counter electrode provided in the film forming container, a first gas introducing unit for introducing hydrogen gas into the film forming container, and a second gas for introducing a film forming gas into the film forming container. Introducing means, a high frequency power source for applying high frequency power between the supporting electrode and the counter electrode, a direct current power source for applying a positive bias voltage to the supporting electrode, the high frequency power source and the second electrode. The first time zone in which the gas introduction means operates and the DC power source does not operate, and the second time zone in which the DC power source operates and the high frequency power source and the second gas introduction means do not operate alternately. As it appears in the high frequency power source and the direct current And a control means for controlling the source and the second gas introducing means.

【0015】[0015]

【作用】第1の発明の非単結晶シリコン膜の形成方法と
第3の発明の非単結晶シリコン膜の形成装置では、原子
状水素をマイクロ波プラズマ発生手段で生成し、この原
子状水素を導電性の網を介して成膜容器内に導入させる
ので、マイクロ波プラズマ発生手段内のプラズマ中に存
在してマイクロ波プラズマ発生手段からの原子状水素中
に不可避的に含まれることになるイオンは、この導電性
の網によって遮断されることになり、堆積中の非単結晶
シリコン膜のイオンによる損傷を防ぐことができる。こ
の場合、第2の工程の実施中、すなわち堆積中の膜が原
子状水素に曝されるときには、原料である成膜性のガス
(例えばSiH4やSi26)の成膜容器への導入を停
止することのみならず、高周波電力の導入も停止させる
ことが望ましい。このようにすることにより、高周波プ
ラズマに起因する堆積膜のプラズマダメージを軽減する
ことが可能となる。第1の工程が実施されているときを
D、第2の工程が実施されているときをTAとすると、
非単結晶シリコン膜の成膜は、第1の工程でのみ行なわ
れているので、成膜速度の時間変化を示すと図13のよ
うになる。
In the method of forming a non-single-crystal silicon film of the first invention and the apparatus of forming a non-single-crystal silicon film of the third invention, atomic hydrogen is generated by the microwave plasma generating means, and the atomic hydrogen is generated. Since the ions are introduced into the film forming container through the conductive mesh, the ions existing in the plasma in the microwave plasma generating means and unavoidably contained in the atomic hydrogen from the microwave plasma generating means. Will be blocked by this conductive net, and the non-single-crystal silicon film being deposited can be prevented from being damaged by ions. In this case, during the execution of the second step, that is, when the film being deposited is exposed to atomic hydrogen, a film-forming gas (for example, SiH 4 or Si 2 H 6 ) as a raw material is transferred to the film-forming container. It is desirable to stop not only the introduction but also the introduction of high frequency power. By doing so, it is possible to reduce the plasma damage of the deposited film due to the high frequency plasma. When T D is the time when the first step is performed and T A is the time when the second step is performed,
Since the non-single-crystal silicon film is formed only in the first step, the change over time in the film formation rate is as shown in FIG.

【0016】第2の発明の非単結晶シリコン膜の形成方
法と第4の発明の非単結晶シリコン膜の形成装置では、
第2の工程の実施中すなわち第2の時間帯において、基
板側が正のバイアスとなるように直流電圧を印加し直流
放電を起させるので、基板を正とするような電位勾配が
形成されることになる。直流放電においては主としてそ
の陽光柱において原子状水素が生成し、この原子状水素
が基板上の堆積膜に到達することになる。直流放電の種
類としては、定電圧特性を示す正常グロー放電が好まし
く、印加電圧と負荷抵抗とを調整して陽光柱中の電子密
度を増加させ、発生させる原子状水素の量を多くするよ
うにするとよい。また、直流放電によって生成したプラ
ズマ中のイオンはそのほとんどが陽イオンであるので、
基板側に達するイオンは、低エネルギーの拡散成分だけ
となり、原子状水素に曝されているときに基板や基板上
の堆積膜がイオンによる損傷を受けることが低減され
る。これにより、堆積膜に入射するイオンの量を低下さ
せながら、堆積膜に十分な量の原子状水素を供給するこ
とが可能となる。
According to the non-single crystal silicon film forming method of the second invention and the non-single crystal silicon film forming apparatus of the fourth invention,
During the execution of the second step, that is, during the second time period, a DC voltage is applied to cause a positive bias on the substrate side to cause a DC discharge, so that a potential gradient that makes the substrate positive is formed. become. In direct current discharge, atomic hydrogen is generated mainly in the positive column, and this atomic hydrogen reaches the deposited film on the substrate. As the type of DC discharge, a normal glow discharge exhibiting a constant voltage characteristic is preferable, and the applied voltage and the load resistance are adjusted to increase the electron density in the positive column and increase the amount of atomic hydrogen generated. Good to do. Also, most of the ions in the plasma generated by the DC discharge are positive ions, so
Ions reaching the substrate side are only low-energy diffusion components, and damage to the substrate and the deposited film on the substrate due to ions when exposed to atomic hydrogen is reduced. This makes it possible to supply a sufficient amount of atomic hydrogen to the deposited film while reducing the amount of ions that enter the deposited film.

【0017】本発明において、第1の工程と第2の工程
との1回の繰り返し中における膜の堆積厚が薄いと、ア
モルファス構造を安定に保つことができなくなり、原子
状水素による水素の引抜きによって微結晶化、多結晶化
が促進される。一方、1回の繰り返し中における堆積厚
が厚いと、堆積膜中の水素の引抜きが行なわれ難くな
り、構造緩和が進み難くなる。したがって、第1の工程
と第2の工程のそれぞれの継続時間、膜表面に供給され
る原子状水素の量を変えることによって、アモルファス
シリコン膜あるいは微結晶シリコン膜などを含む、各種
の非単結晶シリコン膜が形成されることになる。
In the present invention, if the thickness of the film deposited during one repetition of the first step and the second step is thin, the amorphous structure cannot be kept stable and hydrogen is extracted by atomic hydrogen. This promotes microcrystallization and polycrystallization. On the other hand, if the deposited thickness is large during one repetition, it is difficult to extract hydrogen from the deposited film, and it becomes difficult to proceed with structural relaxation. Therefore, by changing the duration of each of the first step and the second step and the amount of atomic hydrogen supplied to the film surface, various non-single-crystal films including an amorphous silicon film or a microcrystalline silicon film can be obtained. A silicon film will be formed.

【0018】[0018]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.

【0019】[第1の実施例]まず、本発明の第1の実
施例として、成膜容器とは別にマイクロ波プラズマ発生
器を設け、このマイクロ波プラズマ発生器から接地され
た導電性の網を介して原子状水素を成膜容器内に導入す
る場合について説明する。図1は本実施例の非単結晶シ
リコン膜の形成装置の構成を示す模式断面図である。
[First Embodiment] First, as a first embodiment of the present invention, a microwave plasma generator is provided separately from the film forming container, and a conductive net grounded from the microwave plasma generator is provided. A case where atomic hydrogen is introduced into the film forming container through the above will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a non-single crystal silicon film forming apparatus of this embodiment.

【0020】排気可能な成膜容器である反応チャンバ1
00には、排気管108を介して排気ポンプ109が接
続され、さらに2本のガス導入管110,111のそれ
ぞれ一端が接続されている。反応チャンバ100内に
は、カソード電極102とアノード電極103とが相互
に対向するように設けられ、これら両方の電極102,
103にはさまれた空間が高周波プラズマ空間119と
なる。カソード電極102は、マッチングボックス10
6を介して、他端が接地された高周波電源107の一端
に接続されている。高周波電源107の周波数は、例え
ば、13.56MHzである。一方、アノード電極10
3は接地され、かつ膜形成の対象となる基板101を保
持できるようになっている。アノード電極103の内部
には、基板101を加熱するためのヒータ104が埋め
込まれている。
Reaction chamber 1 which is a film-forming container that can be evacuated
An exhaust pump 109 is connected to 00 through an exhaust pipe 108, and one ends of two gas introduction pipes 110 and 111 are connected to the exhaust pump 109. In the reaction chamber 100, a cathode electrode 102 and an anode electrode 103 are provided so as to face each other, and both electrodes 102,
The space sandwiched by 103 becomes a high frequency plasma space 119. The cathode electrode 102 is the matching box 10.
The other end is connected to one end of a high-frequency power source 107 whose other end is grounded. The frequency of the high frequency power source 107 is, for example, 13.56 MHz. On the other hand, the anode electrode 10
3 is grounded and can hold the substrate 101 which is the target of film formation. A heater 104 for heating the substrate 101 is embedded inside the anode electrode 103.

【0021】一方のガス導入管110には、反応チャン
バ100側から、空気作動弁117、バルブ120、マ
スフローコントローラ121、バルブ122が順次設け
られ、末端側のバルブ122は図示しないガスボンベが
接続されるようになっている。この一方のガス導入管1
10は、SiH4やSi26などの成膜性のガスを反応
チャンバ100内に導入するためのものである。また、
一方のガス導入管110は、空気作動弁117のマスフ
ローコントローラ121側で分岐し、分岐側の管路(分
岐管114)は空気作動弁116を介して排気ポンプ1
15に接続されている。これら2個の空気作動弁11
6,117は交互に開通するようになっており、末端側
のバルブ122を通ってこの一方のガス導入管110に
供給されてきた成膜性のガスが、交互に、分岐管114
を経て直接排気されるか、反応チャンバ100に供給さ
れて排気管108を経て排気されるか、のいずれかによ
って排気されるようになっている。この場合、各空気作
動弁116,117の作動によって、マスフローコント
ローラ121が正常に作動しなくなったり成膜際のガス
が滞留したりすることはないようになっている。
An air actuated valve 117, a valve 120, a mass flow controller 121, and a valve 122 are sequentially provided on one gas introduction pipe 110 from the reaction chamber 100 side, and a gas cylinder (not shown) is connected to the terminal side valve 122. It is like this. This one gas introduction pipe 1
Reference numeral 10 is for introducing a film-forming gas such as SiH 4 or Si 2 H 6 into the reaction chamber 100. Also,
One of the gas introduction pipes 110 branches on the side of the mass flow controller 121 of the air actuated valve 117, and the branch side pipe (branch pipe 114) passes through the air actuated valve 116 and the exhaust pump 1
It is connected to 15. These two air operated valves 11
6, 117 are alternately opened, and the film-forming gas supplied to the gas introduction pipe 110 on one side through the valve 122 on the terminal side is alternately branched.
The gas is exhausted either directly through the exhaust pipe or by being supplied to the reaction chamber 100 and exhausted through the exhaust pipe 108. In this case, the operation of the air actuated valves 116 and 117 prevents the mass flow controller 121 from malfunctioning and the gas during film formation from staying.

【0022】他方のガス導入管111の途中には、マイ
クロ波プラズマ発生器150が設けられている。このマ
イクロ波プラズマ発生器150は、他方のガス導入管1
11がこのマイクロ波プラズマ発生器150を貫通する
部分に設けられたプラズマ発生室151と、プラズマ発
生室151に一端が接続された導波管152からなり、
導波管152の他端は例えば周波数が2.45MHzで
あるマイクロ波源153に接続されている。他方のガス
導入管111の他端は複数本の枝管130に分岐し、各
枝管130ごとに、バルブ131、マスフローコントロ
ーラ132、バルブ133が直列に接続されている。末
端側の各バルブ133は、それぞれ図示しないガスボン
ベに接続されるようになっている。この他方のガス導入
管111は、非成膜性のガス、すなわちH2ガスやAr
ガス、不純物をドープするためのドーピングガスを反応
チャンバ100内に導入するためのものである。また、
他方のガス導入管111と反応チャンバ100との接続
箇所において、他方のガス導入管111は、その先端が
開口して拡散口となっており、この拡散口が高周波プラ
ズマ119を向くように取り付けられている。そして、
この拡散口を覆うように、金属メッシュ105が設けら
れ、この金属メッシュ105は反応チャンバ100に対
して接地されている。これにより、マイクロ波プラズマ
発生器150から拡散してくるイオンがこの金属メッシ
ュ105で捕捉され、これらのイオンが反応チャンバ1
00内に侵入しないようになる。
A microwave plasma generator 150 is provided in the middle of the other gas introduction pipe 111. This microwave plasma generator 150 includes the other gas introduction pipe 1
11 includes a plasma generation chamber 151 provided in a portion penetrating the microwave plasma generator 150 and a waveguide 152 having one end connected to the plasma generation chamber 151.
The other end of the waveguide 152 is connected to a microwave source 153 having a frequency of 2.45 MHz, for example. The other end of the other gas introduction pipe 111 is branched into a plurality of branch pipes 130, and a valve 131, a mass flow controller 132, and a valve 133 are connected in series for each branch pipe 130. Each valve 133 on the terminal side is connected to a gas cylinder (not shown). The other gas introduction pipe 111 is provided with a non-film forming gas, that is, H 2 gas or Ar.
A gas and a doping gas for doping impurities are introduced into the reaction chamber 100. Also,
At the connection point between the other gas introducing pipe 111 and the reaction chamber 100, the other gas introducing pipe 111 has an opening at its tip to serve as a diffusion port, and the diffusion port is attached so as to face the high-frequency plasma 119. ing. And
A metal mesh 105 is provided so as to cover the diffusion port, and the metal mesh 105 is grounded to the reaction chamber 100. As a result, the ions diffused from the microwave plasma generator 150 are captured by the metal mesh 105, and these ions are collected in the reaction chamber 1.
It will not invade 00.

【0023】次に、本実施例の動作について、実際にp
+in+型の光起電力素子を作成した例で説明する。この
光起電力素子は、図2に示すように、基板171の上
に、下部電極172、n+型半導体層173、i型半導
体層174、p+型半導体層175、透明な上部電極1
76、メッシュ状の集電電極177を順次積層した構成
のものである。各半導体層173〜175はいずれもア
モルファスシリコンからなり、特に、光電変換特性に重
大な影響を及ぼすi型半導体層174は、本実施例に基
づいて成膜されている。
Next, regarding the operation of this embodiment, p
An example in which a + in + type photovoltaic element is manufactured will be described. As shown in FIG. 2, this photovoltaic element includes a lower electrode 172, an n + type semiconductor layer 173, an i type semiconductor layer 174, ap + type semiconductor layer 175, a transparent upper electrode 1 on a substrate 171.
76 and a mesh-shaped collector electrode 177 are sequentially laminated. Each of the semiconductor layers 173 to 175 is made of amorphous silicon, and in particular, the i-type semiconductor layer 174, which has a significant effect on photoelectric conversion characteristics, is formed based on this embodiment.

【0024】まず、表面を鏡面研磨し0.05μmRmax
とした5cm角の大きさのステンレス(SUS304)
製の基板171を不図示のスパッタ装置に装着し、この
スパッタ装置内を10-7Torr以下に排気した後、Arガ
スを導入し、内圧を5mTorrとして200Wの電力で直
流プラズマ放電を生起せしめてAgのターゲットにより
スパッタを行ない、厚さ約5000ÅのAgを堆積し
た。その後、ターゲットをZnOに代え、内圧、電力は
同じ条件として直流プラズマ放電を起させてスパッタを
行ない、Agの上に厚さ約5000ÅのZnOを堆積し
た。以上の工程により、基板171上に下部電極172
を形成したことになる。
First, the surface is mirror-polished to 0.05 μm R max.
5 cm square stainless steel (SUS304)
The substrate 171 made of metal is attached to a sputtering device (not shown), the inside of the sputtering device is evacuated to 10 -7 Torr or less, and then Ar gas is introduced to generate a DC plasma discharge with an electric power of 200 W with an internal pressure of 5 mTorr. Sputtering was performed with an Ag target to deposit about 5000 Å Ag. Then, the target was changed to ZnO, DC plasma discharge was caused to occur under the same conditions of internal pressure and power, and sputtering was performed to deposit ZnO with a thickness of about 5000Å on Ag. Through the above steps, the lower electrode 172 is formed on the substrate 171.
Has been formed.

【0025】続いて、この基板171をスパッタ装置か
ら取り出し、本実施例の反応チャンバ100のアノード
電極103に取り付け、排気ポンプ109により反応チ
ャンバ100内を十分排気した。不図示のイオンゲージ
によって反応チャンバ100内の真空度が10-6Torr以
下であることを確認し、ヒータ104で基板を加熱し、
基板温度を250℃で安定させた。次に、一方のガス導
入管110のバルブ120,122を開け、マスフロー
コントローラ121で流量を制御し、空気作動弁117
を介して不図示のSiH4ボンベからSiH4ガス30s
ccmを反応チャンバ100内に導入した。同様にし
て、他方のガス導入管111から、H2ガス30scc
mとH2ガスで5%に希釈したPH3ガス10sccmと
を反応チャンバ100内に導入した。反応チャンバ10
0内の圧力を0.5Torrに調整した後、マッチングボッ
クス106を介して高周波電源107からの10Wの高
周波電力を反応チャンバ100内に投入し、高周波プラ
ズマ放電を3分間行ない、アモルファスシリコンからな
る厚さ400Åのn+型半導体層173を堆積した。
Then, the substrate 171 was taken out from the sputtering apparatus, attached to the anode electrode 103 of the reaction chamber 100 of this embodiment, and the exhaust chamber 109 exhausted the reaction chamber 100 sufficiently. It is confirmed that the degree of vacuum in the reaction chamber 100 is 10 −6 Torr or less by an ion gauge (not shown), and the heater 104 heats the substrate.
The substrate temperature was stabilized at 250 ° C. Next, the valves 120 and 122 of the one gas introduction pipe 110 are opened, the flow rate is controlled by the mass flow controller 121, and the air operated valve 117
SiH 4 gas 30s from SiH 4 gas cylinder (not shown) via the
ccm was introduced into the reaction chamber 100. Similarly, from the other gas introduction pipe 111, H 2 gas 30 sccc
m and 10 sccm of PH 3 gas diluted to 5% with H 2 gas were introduced into the reaction chamber 100. Reaction chamber 10
After adjusting the pressure in 0 to 0.5 Torr, 10 W of high-frequency power from the high-frequency power source 107 was introduced into the reaction chamber 100 through the matching box 106, high-frequency plasma discharge was performed for 3 minutes, and the thickness of amorphous silicon was increased. An n + type semiconductor layer 173 having a thickness of 400 Å was deposited.

【0026】その後、高周波電力の投入とガス供給を停
止し、反応チャンバ100内を真空度が10-6Torrにな
るまで排気し、一方のガス導入管110からSiH4
ス30sccmを、他方のガス導入管111からH2
ス30sccmをそれぞれ反応チャンバ100内に導入
した。この状態で反応チャンバ100の圧力を0.1Tor
rに調整し、高周波電源107から10Wの高周波電力
を反応チャンバ100に投入してSiH4プラズマ放電
を生起させ、その一方で、マイクロ波源153からマイ
クロ波をマイクロ波プラズマ発生器150に供給し、プ
ラズマ発生室151内でH2プラズマを生起させ、原子
状水素が生成されて反応チャンバ100に供給されるよ
うにした。このとき、高周波電力を30秒間にわたって
供給してi型アモルファスシリコン膜が堆積されたら、
高周波電力を停止し、各空気作動弁116,117の開
閉状態を逆転させてSiH4ガスが反応チャンバ100
に導入されないようにし、この状態を40秒間保持し
た。このとき、他方のガス導入管111からの原子状水
素の供給は続行しているので、基板上に堆積されたアモ
ルファスシリコン膜が原子状水素に曝されることにな
る。他方のガス導入管111と反応チャンバ100との
接続部には接地された金属メッシュ105が設けられて
いるので、プラズマ発生室151から拡散されてきたイ
オンは反応チャンバ100内に侵入することはなく、し
たがって、堆積膜にイオンが入射することもない。 そ
ののち、SiH4ガスの供給と高周波電力の投入とを再
開し、再び30秒間にわたってアモルファスシリコン膜
の堆積を行ない、以下、このようにSiH4ガスを供給
し停止する工程を合計200サイクル実施した。その結
果、n+型半導体層173の上に、厚さ6000Åのi
型半導体層174が堆積した。
After that, the high-frequency power supply and the gas supply are stopped, the reaction chamber 100 is evacuated to a vacuum degree of 10 -6 Torr, the SiH 4 gas 30 sccm is supplied from one gas introduction pipe 110, and the other gas is supplied. 30 sccm of H 2 gas was introduced into the reaction chamber 100 through the introduction pipe 111. In this state, the pressure of the reaction chamber 100 is set to 0.1 Torr.
After adjusting to r, high-frequency power of 10 W from the high-frequency power supply 107 is supplied to the reaction chamber 100 to generate SiH 4 plasma discharge, while microwaves are supplied from the microwave source 153 to the microwave plasma generator 150, H 2 plasma was generated in the plasma generation chamber 151, and atomic hydrogen was generated and supplied to the reaction chamber 100. At this time, if high frequency power is supplied for 30 seconds to deposit the i-type amorphous silicon film,
The high frequency power is stopped, the open / closed states of the air operated valves 116 and 117 are reversed, and the SiH 4 gas is transferred to the reaction chamber 100.
This state was maintained for 40 seconds. At this time, since the supply of atomic hydrogen from the other gas introduction pipe 111 is continuing, the amorphous silicon film deposited on the substrate is exposed to atomic hydrogen. Since the grounded metal mesh 105 is provided at the connection between the other gas introduction pipe 111 and the reaction chamber 100, the ions diffused from the plasma generation chamber 151 do not enter the reaction chamber 100. Therefore, the ions do not enter the deposited film. After that, the supply of SiH 4 gas and the input of high-frequency power were restarted, the amorphous silicon film was deposited again for 30 seconds, and thereafter, the step of supplying and stopping SiH 4 gas in this way was performed for a total of 200 cycles. .. As a result, on the n + -type semiconductor layer 173, i having a thickness of 6000 Å
The type semiconductor layer 174 was deposited.

【0027】次に、高周波電力およびマイクロ波電力の
投入とガスの供給とを停止し、反応チャンバ100内を
10-6Torrまで排気した後、基板温度を200℃まで下
げて基板温度を安定させた。そして、一方のガス導入管
110からSiH4ガス1sccmを反応チャンバ10
0内に導入し、他方のガス導入管111からH2ガス3
00sccmとH2ガスで5%に希釈したB26ガス1
0sccmを反応チャンバ100内に導入した。反応チ
ャンバ100内の圧力を0.1Torrに調整したのち、高
周波電源107から50Wの高周波電力を反応チャンバ
100に投入してプラズマ放電を生起させ、15分間成
膜を行ない、厚さ100Åのp+型半導体層175を堆
積させた。
Next, after turning on the high frequency power and the microwave power and stopping the gas supply and exhausting the reaction chamber 100 to 10 -6 Torr, the substrate temperature is lowered to 200 ° C. to stabilize the substrate temperature. It was Then, 1 sccm of SiH 4 gas is supplied from one gas introduction pipe 110 to the reaction chamber 10.
H 2 gas 3 introduced from the other gas introduction pipe 111.
B 2 H 6 gas 1 diluted to 5% with 00 sccm and H 2 gas
0 sccm was introduced into the reaction chamber 100. After adjusting the pressure in the reaction chamber 100 to 0.1 Torr, a high frequency power of 50 W is supplied from the high frequency power source 107 to the reaction chamber 100 to generate plasma discharge, and film formation is performed for 15 minutes to form a p + film having a thickness of 100 Å. The type semiconductor layer 175 was deposited.

【0028】引き続いて、基板を反応チャンバ100か
ら取り出し、不図示の抵抗加熱型の真空蒸着装置に装着
し、この真空蒸着装置内を10-7Torr以下に排気し、基
板温度を160℃に保った後、O2ガスを導入して内圧
を0.5mTorrとし、InとSnとの合金を抵抗加熱によ
り蒸着し、反射防止効果を兼ねた透明導電膜(ITO
膜)を厚さ700Å堆積し、上部電極176とした。蒸
着終了後、基板を取り出し、不図示のドライエッチング
装置により1cm×1cmのセルに分離し、別の蒸着装
置によりAlからなる集電電極177を形成し、光起電
力素子を完成させた。
Subsequently, the substrate is taken out of the reaction chamber 100, mounted on a resistance heating type vacuum vapor deposition apparatus (not shown), the inside of the vacuum vapor deposition apparatus is evacuated to 10 -7 Torr or less, and the substrate temperature is kept at 160 ° C. After that, O 2 gas is introduced to adjust the internal pressure to 0.5 mTorr, and an alloy of In and Sn is vapor-deposited by resistance heating to form a transparent conductive film (ITO) which also has an antireflection effect.
A film) was deposited to a thickness of 700 Å to form an upper electrode 176. After completion of the vapor deposition, the substrate was taken out and separated into cells of 1 cm × 1 cm by a dry etching device (not shown), and a collector electrode 177 made of Al was formed by another vapor deposition device to complete the photovoltaic element.

【0029】一方、従来の方法すなわちSiH4ガスの
供給と高周波電力の投入とを連続して行なう方法によっ
てi型半導体層を形成し、比較用の光起電力素子を作成
した。このときのガスの流量、圧力、高周波電力、i型
半導体層の厚さなどは、上述の本実施例による光起電力
素子のときと同じにした。
On the other hand, an i-type semiconductor layer was formed by a conventional method, that is, a method in which SiH 4 gas was supplied and high-frequency power was continuously supplied to form a comparative photovoltaic element. At this time, the gas flow rate, pressure, high-frequency power, thickness of the i-type semiconductor layer, and the like were the same as those in the photovoltaic element according to the present embodiment described above.

【0030】次に、上述のようにして得られた各光起電
力素子の特性を評価した。まず、ソーラーシミュレータ
からのAM値が1.5、強度が100mW/cm2である
疑似太陽光を本実施例による光起電力素子と比較用の光
起電力素子とに照射し、電圧電流曲線を求めることによ
りそれぞれの光起電力素子の初期光電変換効率η(0)を
測定した。次に、電圧電流曲線から評価された開放電圧
ocと短絡電流Iscから最適負荷を算出し、この最適負
荷の負荷抵抗を各光起電力素子に接続した。
Next, the characteristics of each photovoltaic element obtained as described above were evaluated. First, the photovoltaic element according to the present example and the comparative photovoltaic element were irradiated with pseudo sunlight having an AM value of 1.5 and an intensity of 100 mW / cm 2 from a solar simulator, and a voltage-current curve was obtained. The initial photoelectric conversion efficiency η (0) of each photovoltaic element was measured by determining. Next, the optimum load was calculated from the open circuit voltage V oc and the short circuit current I sc evaluated from the voltage-current curve, and the load resistance of this optimum load was connected to each photovoltaic element.

【0031】この状態で各光起電力素子に、上述と同様
の疑似太陽光を500時間連続して照射し、その後の光
変換効率η(500)を前述と同様にして求めた。このよう
にして求めたη(0)とη(500)とから、{1−η(500)/
η(0)}より劣化率を求め、比較用のもののη(0)、劣化
率をそれぞれ1として本実施例のものと比較すると、本
実施例でのη(0)は1.5、劣化率は0.1となり、初期
光電変換効率は上昇し、劣化率は低いものとなった。特
に、劣化率が著しく小さいことがわかったまた、シリコ
ンウェハ上に本実施例の方法でi型半導体層のみを堆積
させたものと、従来の方法でi型半導体層のみを堆積さ
せたものとを用意し、赤外吸収スペクトルからこれら試
料のi型半導体層中の水素濃度を測定した。その結果、
本実施例のものでは3原子%であったのに対し、従来の
方法によるものでは9原子%であった。
In this state, each photovoltaic element was continuously irradiated with the same pseudo-sunlight as above for 500 hours, and the subsequent light conversion efficiency η (500) was obtained in the same manner as described above. From η (0) and η (500) thus obtained, {1-η (500) /
Deterioration rate is obtained from η (0)}, and when compared with that of this example with η (0) and the degradation rate of 1 for comparison, respectively, η (0) in this example is 1.5, and deterioration is The rate was 0.1, the initial photoelectric conversion efficiency was increased, and the deterioration rate was low. In particular, it was found that the deterioration rate was remarkably small. Further, there were one in which only the i-type semiconductor layer was deposited on the silicon wafer by the method of this example, and the other in which only the i-type semiconductor layer was deposited by the conventional method. Was prepared, and the hydrogen concentration in the i-type semiconductor layer of these samples was measured from the infrared absorption spectrum. as a result,
In the present example, it was 3 atom%, whereas in the conventional method, it was 9 atom%.

【0032】次に、本実施例によって形成されるアモル
ファスシリコン膜の基本的特性を調べた。50mm×5
0mmの大きさのコーニング社製No.7059ガラス板
上に、上述の本実施例の方法により、アモルファスシリ
コン膜を成膜した。ガスの流量、圧力、高周波電力など
は上述と同様にし、アモルファスシリコン膜を堆積する
工程と原子状水素に曝す工程とを300サイクル繰り返
し、約9000Åの厚さのアモルファスシリコン膜とし
た。この膜の表面に、ギャップ幅250μmのくし型ア
ルミニウム電極を蒸着し、光電気伝導度を測定したとこ
ろ、10-4〜10-5S/cmであって、従来の膜の値よ
りも大きく、良質な膜であると判断できた。また光劣化
も大幅に減少した。さらにラマンスペクトルを測定した
ところ、520cm-1付近のピークは現れず、480c
-1付近のピークのみが観測された。このことから、こ
の膜はアモルファス構造を維持していることがわかっ
た。
Next, the basic characteristics of the amorphous silicon film formed in this example were examined. 50 mm x 5
An amorphous silicon film was formed on a No. 7059 glass plate manufactured by Corning Co., Ltd. having a size of 0 mm by the method of the present embodiment described above. The gas flow rate, pressure, high-frequency power, etc. were the same as above, and the step of depositing the amorphous silicon film and the step of exposing it to atomic hydrogen were repeated 300 cycles to form an amorphous silicon film with a thickness of about 9000 Å. On the surface of this film, a comb-shaped aluminum electrode having a gap width of 250 μm was vapor-deposited, and the photoconductivity was measured. As a result, it was 10 −4 to 10 −5 S / cm, which was larger than that of the conventional film. It was judged that it was a good quality film. In addition, photodegradation was also greatly reduced. Further, when Raman spectrum was measured, a peak near 520 cm -1 did not appear, and 480c
Only the peak around m -1 was observed. From this, it was found that this film maintained an amorphous structure.

【0033】[第2の実施例]次に、本発明の第2の実
施例について説明する。この実施例は、成膜容器内で基
板側を正とする直流放電を生起させ、そのときに発生す
る原子状水素を用いて堆積膜中の水素を引き抜こうとす
るものである。また、成膜時には、容量結合性の高周波
グロー放電が生起するようになっている。図3は本実施
例の非単結晶シリコン膜の形成装置の構成を示す模式断
面図である。
[Second Embodiment] Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, a direct current discharge having a positive side on the substrate side is generated in the film forming container, and the atomic hydrogen generated at that time is used to extract hydrogen in the deposited film. Further, at the time of film formation, capacitive coupling high-frequency glow discharge is generated. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the non-single crystal silicon film forming apparatus of this embodiment.

【0034】排気可能な成膜容器である反応チャンバ2
00には、排気管208を介して排気ポンプ209が接
続され、さらに第1および第2のガス導入管210,2
11のそれぞれ一端が接続されている。反応チャンバ2
00内には、対向電極であるカソード電極202と支持
電極であるアノード電極203が相互に対向するように
設けられている。カソード電極202は、マッチングボ
ックス206を介して、他端が接地された高周波電源2
07の一端に接続されている。マッチングボックス20
6は容量結合用のものである。高周波電源207の周波
数は、例えば、13.56MHzである。さらに、この
カソード電極202は、高周波阻止用のコイル216と
負荷抵抗217を介して、直流電源218の負極に接続
されている。直流電源218の正極は接地されている。
一方、アノード電極203は接地線205によって接地
され、かつ膜形成の対象となる基板201を保持できる
ようになっている。アノード電極203の内部には、基
板201を加熱するためのヒータ204が埋め込まれて
いる。
Reaction chamber 2 which is a film-forming container that can be evacuated
00, an exhaust pump 209 is connected via an exhaust pipe 208, and further the first and second gas introduction pipes 210, 2 are connected.
One end of each of 11 is connected. Reaction chamber 2
00, a cathode electrode 202 which is a counter electrode and an anode electrode 203 which is a support electrode are provided so as to face each other. The cathode electrode 202 is a high frequency power supply 2 whose other end is grounded via a matching box 206.
It is connected to one end of 07. Matching box 20
6 is for capacitive coupling. The frequency of the high frequency power source 207 is, for example, 13.56 MHz. Further, the cathode electrode 202 is connected to the negative electrode of the DC power supply 218 via the high frequency blocking coil 216 and the load resistor 217. The positive electrode of the DC power supply 218 is grounded.
On the other hand, the anode electrode 203 is grounded by a ground wire 205 and can hold the substrate 201 which is a target for film formation. A heater 204 for heating the substrate 201 is embedded inside the anode electrode 203.

【0035】第1のガス導入管210には、反応チャン
バ200側から、バルブ220、マスフローコントロー
ラ221、バルブ222が順次設けられ、末端側のバル
ブ222は図示しないガスボンベが接続されるようにな
っている。この第1のガス導入管210は、H2ガスや
不純物をドープするためのドーピングガスを反応チャン
バ200内に導入するためのものである。
A valve 220, a mass flow controller 221, and a valve 222 are sequentially provided from the reaction chamber 200 side to the first gas introduction pipe 210, and a gas cylinder (not shown) is connected to the terminal valve 222. There is. The first gas introduction pipe 210 is for introducing H 2 gas or a doping gas for doping impurities into the reaction chamber 200.

【0036】第2のガス導入管211の途中には、三方
弁213が取り付けられ、三方弁213の分岐側には、
排気管214の一端が接続され、この排気管214の他
端には排気ポンプ215が接続されている。第2のガス
導入管211の他端は複数本の枝管230に分岐し、各
枝管230ごとに、バルブ231、マスフローコントロ
ーラ232、バルブ233が直列に接続されている。末
端側の各バルブ233は、それぞれ図示しないガスボン
ベに接続されるようになっている。この第2のガス導入
管211は、SiH4ガスやSi26ガスなどの成膜性
のガスを反応チャンバ200内に導入するためのもので
ある。この三方弁213を切り替えることにより、成膜
性のガスの反応チャンバ200内への供給を行なったり
供給を停止したりすることができるようになっている。
A three-way valve 213 is attached in the middle of the second gas introduction pipe 211, and a branch side of the three-way valve 213 is provided with
One end of the exhaust pipe 214 is connected, and the exhaust pump 215 is connected to the other end of the exhaust pipe 214. The other end of the second gas introduction pipe 211 is branched into a plurality of branch pipes 230, and a valve 231, a mass flow controller 232, and a valve 233 are connected in series for each branch pipe 230. Each of the valves 233 on the end side is connected to a gas cylinder (not shown). The second gas introduction pipe 211 is for introducing a film-forming gas such as SiH 4 gas or Si 2 H 6 gas into the reaction chamber 200. By switching the three-way valve 213, it is possible to supply or stop the supply of the film-forming gas into the reaction chamber 200.

【0037】さらに、高周波電源207、直流電源21
8、三方弁213を制御する不図示のコンピュータが設
けられている。このコンピュータは、第1の時間帯(T
D)の間、高周波電源207が作動し、三方弁213が
成膜性のガスを反応チャンバ200に流す方向に開通
し、かつ直流電源218が作動しないようにし、そし
て、第2の時間帯(TA)の間には、直流電源218が
作動し、三方弁213が成膜性のガスを排気ポンプ21
5に流す方向に開通し、かつ高周波電源207が作動し
ないようにするものである。これら第1の時間帯
(TD)と第2の時間帯(TA)とは交互に現れるように
なっている。第1の時間帯(TD)と第2の時間帯
(TA)との1回の繰り返しを1サイクルということに
する。このようにすることにより、高周波電源207と
直流電源218の作動の状況は、図4に示したもののよ
うになる。
Further, the high frequency power source 207 and the DC power source 21
8. A computer (not shown) for controlling the three-way valve 213 is provided. This computer is the first time zone (T
During D ), the high frequency power supply 207 is operated, the three-way valve 213 is opened in the direction of flowing the film-forming gas into the reaction chamber 200, and the DC power supply 218 is not operated, and the second time zone ( During the period T A ), the DC power supply 218 is operated and the three-way valve 213 discharges the film-forming gas to the exhaust pump 21.
The high-frequency power source 207 is opened so that the high-frequency power source 207 does not operate. The first time zone (T D ) and the second time zone (T A ) alternate with each other. One cycle of the first time period (T D ) and the second time period (T A ) is referred to as one cycle. By doing so, the operating states of the high frequency power supply 207 and the direct current power supply 218 are as shown in FIG.

【0038】このようにすることにより、第1の時間帯
(TD)において、第1の工程すなわち水素化されたア
モルファスシリコン膜の堆積が高周波プラズマCVD法
で行なわれることになる。一方、第2の時間帯(TA
では、高周波放電が停止され、第2の工程すなわち堆積
膜を原子状水素に曝す工程が、直流放電によって生成す
る原子状水素を利用して行なわれることになる。なお、
基板側が正になるような直流放電なので、イオンが基板
もしくは基板上の堆積膜に入射することが少なくなる。
なお、本実施例では容量結合性の高周波プラズマ放電を
利用しているので、マッチングボックス206のカソー
ド電極202側には、高周波電源207につながる不図
示のコンデンサが設けられていることになり、直流電源
218からの直流電圧が高周波電源207に印加される
ことはないようになっている。
By doing so, in the first time period (T D ), the first step, that is, the deposition of the hydrogenated amorphous silicon film is performed by the high frequency plasma CVD method. On the other hand, the second time period (T A)
Then, the high-frequency discharge is stopped, and the second step, that is, the step of exposing the deposited film to the atomic hydrogen, is performed by using the atomic hydrogen generated by the DC discharge. In addition,
Since the direct-current discharge is such that the substrate side is positive, ions are less likely to enter the substrate or the deposited film on the substrate.
In this embodiment, since capacitive coupling high-frequency plasma discharge is used, a capacitor (not shown) connected to the high-frequency power source 207 is provided on the cathode electrode 202 side of the matching box 206. The direct current voltage from the power source 218 is not applied to the high frequency power source 207.

【0039】ここで本実施例による原子状水素曝露の効
果について、従来の例との差を説明する。ここでいう従
来の例とは、高周波放電を連続的に行ない、成膜性のガ
スの供給のオン/オフだけで第1の工程と第2の工程と
を切り替えようとするもののことである。以下の説明で
用いた本実施例による膜の成膜条件は典型的なものであ
る。すなわち、ガス流量はSiH4ガス30sccm、
2ガス30sccmとし、基板温度300℃、成膜圧
力0.5Torrとした。三方弁213の切り替えと直流放
電のオン/オフ、高周波放電のオン/オフにより、成膜
と原子状水素への曝露を繰り返した。高周波放電の電力
は10mW/cm2とし、直流放電時の印加電圧は10
00Vとし、直流放電の電力密度を100mW/cm2
とした。
Here, the effect of the exposure to atomic hydrogen according to the present embodiment will be described with respect to the difference from the conventional example. The conventional example referred to here is one in which high frequency discharge is continuously performed and the first step and the second step are switched only by turning on / off the supply of the film-forming gas. The film forming conditions of the film according to the present embodiment used in the following description are typical. That is, the gas flow rate is SiH 4 gas 30 sccm,
The H 2 gas was 30 sccm, the substrate temperature was 300 ° C., and the film forming pressure was 0.5 Torr. Film formation and exposure to atomic hydrogen were repeated by switching the three-way valve 213, turning on / off direct current discharge, and turning on / off high frequency discharge. The power of the high frequency discharge was 10 mW / cm 2, and the applied voltage during DC discharge was 10 mW / cm 2.
00V, the power density of DC discharge is 100 mW / cm 2
And

【0040】図5は、本実施例(A)と従来の例(B)におけ
る放電の発光スペクトルであり、放電中の原子状水素の
密度に比例すると考えられるHα線(波長486nm)
の強度でみると、本実施例の直流放電の方が従来の例の
高周波放電よりもほぼ1桁ほど大きく、これより、原子
状水素の密度もほぼ1桁ほど増加しているものと考えら
れる。また、ESR(電子スピン共鳴)の測定から、直
流放電によるものの方が高周波放電によるものより膜中
の欠陥が少ないことがわかった。これは、直流放電、特
に基板側を正とする直流放電では、基板側に入射するイ
オンが少ないためと考えられる。
FIG. 5 shows the emission spectra of the discharge in this example (A) and the conventional example (B), which is considered to be proportional to the density of atomic hydrogen during the discharge, and the Hα ray (wavelength 486 nm).
In terms of the intensity, the direct current discharge of this example is about one digit larger than the high-frequency discharge of the conventional example, and it is considered that the density of atomic hydrogen is also increased by about one digit. .. Further, it was found from ESR (electron spin resonance) measurement that the number of defects in the film was smaller in the case of direct current discharge than in the case of high frequency discharge. This is considered to be due to the small number of ions incident on the substrate side in DC discharge, particularly in DC discharge in which the substrate side is positive.

【0041】図6(A)は直流放電におけるプラズマ中の
電位分布の概略を示す図であり、図6(B)は高周波放電
におけるプラズマ中の電位分布の概略を示す図である。
実際の高周波プラズマでは、その周波数に応じて電界の
変化があり、これによりイオンも加速され、平均的には
プラズマに対して若干負バイアスとなっているアノード
電極にも、かなりの確率で電界ドリフトのイオンが突入
することになる。これに対し直流放電では、基板を接地
し反対側の電極に負バイアスを印加している(このこと
は、基板側を正のバイアスとすることと同じである。)
ので、アノード電極はプラズマに対し正のバイアスとな
って、プラズマ中の大多数のイオンは基板とは反対側の
電極にドリフトして行き、基板に入射するのはプラズマ
から拡散してくるイオンだけである。直流バイアス電圧
を十分印加してあるので、これに応じてプラズマ中の電
子密度は増加し、この電子によって分解生成される原子
状水素も増加させることができる。
FIG. 6 (A) is a diagram showing the outline of the potential distribution in the plasma in the DC discharge, and FIG. 6 (B) is a diagram showing the outline of the potential distribution in the plasma in the high frequency discharge.
In an actual high-frequency plasma, there is a change in the electric field depending on the frequency, which accelerates the ions as well, and there is a considerable probability of electric field drift even to the anode electrode, which is slightly negatively biased with respect to the plasma on average. Ions will rush in. On the other hand, in DC discharge, the substrate is grounded and a negative bias is applied to the opposite electrode (this is the same as setting the substrate side to a positive bias).
Therefore, the anode electrode becomes a positive bias with respect to the plasma, the majority of ions in the plasma drift to the electrode on the opposite side of the substrate, and only the ions that diffuse from the plasma enter the substrate. Is. Since the DC bias voltage is sufficiently applied, the electron density in the plasma increases correspondingly, and the atomic hydrogen produced by decomposition by the electrons can also increase.

【0042】第1の時間帯(TD)の間に堆積するアモ
ルファスシリコンの膜厚は2原子層以上であることが望
ましく、実際上10Å以上であることが望ましい。なぜ
ならば、堆積層が1原子層であるとアモルファス構造を
安定に保つことができず、原子状水素に曝すことにより
結晶化が進んでしまうからである。この原因としては、
原子状水素による過度の水素の引抜きによる急激な構造
変化が考えられる。すなわち、堆積層が薄く、水素が引
き抜かれすぎれば、構造緩和が極度に起こり、結晶化ま
で進んでしまう。過度の構造緩和を防ぎ、制御性よく緩
和を進めるには、10Å以上の層の堆積が必要である。
The film thickness of the amorphous silicon deposited during the first time period (T D ) is preferably 2 atomic layers or more, and practically 10 Å or more. This is because if the deposited layer is one atomic layer, the amorphous structure cannot be stably maintained, and exposure to atomic hydrogen will promote crystallization. The cause is
A sudden structural change due to excessive abstraction of hydrogen by atomic hydrogen is considered. That is, if the deposited layer is thin and hydrogen is extracted too much, structural relaxation will occur extremely and crystallization will proceed. To prevent excessive structural relaxation and promote relaxation with good controllability, it is necessary to deposit a layer of 10Å or more.

【0043】図7は第2の時間帯(TA)の長さと膜中
の水素濃度との関係を示すものである。図中、Aは本実
施例の直流放電によるもので各サイクルでの堆積膜の厚
さが50Åである場合、Bは従来の例の高周波放電によ
るもので各サイクルでの堆積膜の膜厚が50Åである場
合、CはBと同様に従来の例によるもので各サイクルで
の堆積膜の膜厚が100Åである場合である。各サイク
ルでの膜厚が100Å以上であると、原子状水素への曝
露をいくら行なっても構造緩和は進まなくなることがわ
かる。また、直流放電にすることにより、膜中の水素濃
度の減少の効果が増大することがわかる。よって、第1
の時間帯(TD)の間に堆積させる膜厚は、10Å以上
100Å以下が望ましく、50Å以下とすることがさら
に望ましいことがわかる。
FIG. 7 shows the relationship between the length of the second time zone (T A ) and the hydrogen concentration in the film. In the figure, A is due to the direct current discharge of this embodiment and the thickness of the deposited film in each cycle is 50Å, and B is due to the high frequency discharge of the conventional example and the thickness of the deposited film in each cycle is In the case of 50Å, C is the same as in B according to the conventional example, and the film thickness of the deposited film in each cycle is 100Å. It is understood that when the film thickness in each cycle is 100 Å or more, the structural relaxation does not proceed no matter how much the atomic hydrogen is exposed. Further, it can be seen that the effect of reducing the hydrogen concentration in the film is increased by the direct current discharge. Therefore, the first
It can be seen that the film thickness deposited during the time period (T D ) is preferably 10 Å or more and 100 Å or less, and more preferably 50 Å or less.

【0044】図8は第1の時間帯(TD)における堆積
膜の膜厚Lと膜中の水素濃度との関係を示すものであ
る。図中、Aは本実施例の直流放電によるものであり、
Bは従来の例の高周波放電によるものである。直流放電
により原子状水素が増加しており、従来に比べ厚い膜厚
Lで従来と同等の水素引抜き効果が起こっていることが
分かる。図7および図8より、原子状水素への曝露時間
{すなわち第2の時間帯(TA)}あるいは堆積時間
{すなわち第1の時間帯(TD)}を制御することによ
り、膜中の水素濃度を制御できることが分かる。
FIG. 8 shows the relationship between the film thickness L of the deposited film and the hydrogen concentration in the film in the first time zone (T D ). In the figure, A is due to the DC discharge of this embodiment,
B is due to the high frequency discharge of the conventional example. It can be seen that the atomic hydrogen is increased by the direct current discharge, and the hydrogen abstraction effect equivalent to that in the conventional case occurs with the film thickness L thicker than that in the conventional case. From FIGS. 7 and 8, by controlling the exposure time to the atomic hydrogen {that is, the second time zone (T A )} or the deposition time {that is, the first time zone (T D )}, It can be seen that the hydrogen concentration can be controlled.

【0045】図9は、本実施例によって堆積させた膜に
おける、水素濃度と光学的バンドギャップEgoptとの関
係を示すものである。膜中の水素濃度はプラズマ中の原
子状水素の濃度に依存するが、光学的バンドギャップE
goptは図に示されるように膜中の水素濃度に対して一義
的に依存するので、上述のようにして膜中の水素濃度を
制御することにより、光学的バンドギャップEgoptも制
御できることが分かる。
FIG. 9 shows the relationship between the hydrogen concentration and the optical band gap E gopt in the film deposited according to this example. Although the hydrogen concentration in the film depends on the atomic hydrogen concentration in the plasma, the optical band gap E
Since gopt is uniquely dependent on the hydrogen concentration in the film as shown in the figure, it can be seen that the optical band gap E gopt can also be controlled by controlling the hydrogen concentration in the film as described above. ..

【0046】以上説明した本実施例の成膜条件は、H2
とSiH4を利用した系で考えているが、Arなどのガ
スを導入した系とし、混合ガスによるペニング効果を利
用してH2の電離度を向上させ、ひいては原子状水素の
濃度を増大させることもより効果的である。
The film forming conditions of this embodiment described above are H 2
And a system using SiH 4 are used, but a system in which a gas such as Ar is introduced is used to improve the ionization degree of H 2 by utilizing the Penning effect of the mixed gas, and eventually increase the concentration of atomic hydrogen. That is also more effective.

【0047】次に、本実施例の動作について、実際にp
+in+型の太陽電池を作成した例で説明する。この太陽
電池は、図10に示すように、ガラス基板271の上
に、下部電極272、n+型層273、i型層274、
+型層275、透明な上部電極276を順次積層した
構成のものである。n+型層273、i型層274、p+
型層275層はいずれも水素化されたアモルファスシリ
コンからなり、特に、光電変換特性に重大な影響を及ぼ
すi型層274は、上述の本実施例に基づいて成膜され
ている。
Next, regarding the operation of this embodiment, p
An example of creating a + in + type solar cell will be described. As shown in FIG. 10, this solar cell has a lower electrode 272, an n + type layer 273, an i type layer 274, and a lower electrode 272 on a glass substrate 271.
The p + type layer 275 and the transparent upper electrode 276 are sequentially laminated. n + type layer 273, i type layer 274, p +
Each of the mold layers 275 is made of hydrogenated amorphous silicon, and in particular, the i-type layer 274 having a significant effect on photoelectric conversion characteristics is formed based on the above-described present embodiment.

【0048】ガラス基板271上にAlなどの金属膜を
用いて下部電極272を形成したのち、反応チャンバ2
00のアノード電極203に取り付け、排気ポンプ20
9により反応チャンバ200内を排気し、真空度を10
-6Torrとした。SiH4ガス30sccm、H2ガス30
sccm、H2ガスで1%に希釈したPH3ガス100s
ccmを反応チャンバ200内に導入し、圧力を1.0T
orrにし、基板温度を300℃に設定し、そのままの状
態で1時間保持した。その後、50mW/cm2の高周
波電力を投入して7分間放電させ、厚さ400Åのn+
型層273を堆積した。各ガスの供給を停止した後、反
応チャンバ200内を10-6Torr以下に排気した。
After forming the lower electrode 272 on the glass substrate 271 using a metal film such as Al, the reaction chamber 2
00 attached to the anode electrode 203, and the exhaust pump 20
The inside of the reaction chamber 200 is evacuated by 9 and the vacuum degree is adjusted to 10
-6 Torr. SiH 4 gas 30 sccm, H 2 gas 30
sc cm, PH 3 gas 100s diluted to 1% with H 2 gas
ccm is introduced into the reaction chamber 200 and the pressure is set to 1.0 T
The substrate temperature was set to orr, the substrate temperature was set to 300 ° C., and the state was maintained for 1 hour. After that, a high frequency power of 50 mW / cm 2 was applied and discharged for 7 minutes, and a thickness of 400 Å n +
A mold layer 273 was deposited. After stopping the supply of each gas, the reaction chamber 200 was evacuated to 10 −6 Torr or less.

【0049】次に、本実施例に基づいて、i型層274
を堆積した。バルブ220,222を開けてH2ガス30
sccmを反応チャンバ200内に導入した。成膜性の
ガスが反応チャンバ200内に流れるように三方弁21
3を設定した後、バルブ231,233をあけてSiH4
ガス30sccmを他方のガス導入管211に導入し、
基板温度を300℃に保ち、1時間保持した。次に、三
方弁213の切り替えと高周波放電のオン/オフ、直流
放電のオン/オフにより、第1の工程である成膜と第2
の工程である原子状水素への曝露とを繰り返した。この
とき、上述のように、高周波放電の停止のタイミングと
直流放電の開始のタイミングは原子状水素への曝露のタ
イミングと同期させ、また直流放電においては基板側が
アノードとなるようにした。高周波放電の電力は10m
W/cm2とし、直流放電時の印加電圧は1000Vと
し、直流放電の電力密度は100mW/cm2とした。
このとき、負荷抵抗217は50kΩであった。この条
件で、原子状水素の密度は、高周波放電の場合に比べ、
発光強度レベルで約1桁増加した。成膜時間すなわち第
1の時間帯(TD)は20秒とした。このことにより、
1サイクル中に堆積する膜厚は20Åとなる。また、原
子状水素への曝露時間すなわち第2の時間帯(TA)は
20秒とし、コンピュータ(不図示)による制御によっ
て第1および第2の時間帯(TD,TA)を300サイク
ル繰り返した。この結果、i型層274の全膜厚は60
00Åとなった。
Next, based on this embodiment, the i-type layer 274 is formed.
Was deposited. Open the valves 220 and 222 to release H 2 gas 30
sccm was introduced into the reaction chamber 200. The three-way valve 21 is used to allow the film-forming gas to flow into the reaction chamber 200.
After setting 3, set valves 231 and 233 and open SiH 4
Gas of 30 sccm is introduced into the other gas introduction pipe 211,
The substrate temperature was kept at 300 ° C. and kept for 1 hour. Next, by switching the three-way valve 213, turning on / off the high frequency discharge, and turning on / off the direct current discharge, the first step of film formation and the second step
And the step of exposing to atomic hydrogen were repeated. At this time, as described above, the timing of stopping the high-frequency discharge and the timing of starting the DC discharge were synchronized with the timing of exposure to atomic hydrogen, and in the DC discharge, the substrate side became the anode. High frequency discharge power is 10m
And W / cm 2, the applied voltage at the time of DC discharge was set to 1000V, the power density of the direct current discharge was 100 mW / cm 2.
At this time, the load resistance 217 was 50 kΩ. Under this condition, the density of atomic hydrogen is higher than that of high frequency discharge.
The emission intensity level increased by about one digit. The film formation time, that is, the first time period (T D ) was set to 20 seconds. By this,
The film thickness deposited during one cycle is 20Å. Further, the exposure time to atomic hydrogen, that is, the second time period (T A ) is 20 seconds, and the first and second time periods (T D , T A ) are 300 cycles under the control of a computer (not shown). I repeated. As a result, the total thickness of the i-type layer 274 is 60.
It became 00Å.

【0050】続いて、p+型層275を堆積した。反応
チャンバ200内を10-6Torr以下に排気し、基板温度
を250度にした後、SiH4ガス1sccm、H2ガス
300sccm、H2ガスで1%に希釈したB26ガス
1sccmをそれぞれ反応チャンバ200内を流し、1
時間保持した。そののち、高周波電力50mW/cm 2
を投入してプラズマ放電を8分間行ない、p+型層27
5を形成した。最後に、電子ビーム加熱蒸着法により、
上部電極276としてITO(In23+SnO 2)か
らなる透明な導電性の膜を厚さ700Åで形成した。
Then, p+A mold layer 275 was deposited. reaction
10 in the chamber 200-6Exhaust below Torr, substrate temperature
To 250 degrees, then SiHFourGas 1 sccm, H2gas
300 sccm, H2B diluted to 1% with gas2H6gas
Flowing 1 sccm in the reaction chamber 200,
Held for hours. After that, high frequency power 50mW / cm 2
And plasma discharge for 8 minutes, p+Mold layer 27
Formed 5. Finally, by electron beam heating evaporation method,
As the upper electrode 276, ITO (In2O3+ SnO 2)
And a transparent conductive film having a thickness of 700 Å was formed.

【0051】このように作成したp+in+型太陽電池
は、従来の連続的に高周波プラズマCVD法によって成
膜したものに比べ、光感度が大きく、かつ光劣化の少な
いものとなった。図11は、本実施例による太陽電池
(A)と従来のもの(B)のそれぞれの光劣化特性を示すもの
である。従来のものは光照射時間tに対して、−1/3
乗則に従って劣化していくが、本実施例による膜では劣
化の程度がかなり抑えられていることが分かる。これ
は、原子状水素によるi型層での水素の引抜きが良好に
行なわれ、しかもイオンの照射による悪影響を減少させ
ることができたため、アモルファス構造を保ったまま膜
中のウィークボンド(弱い結合)をうまく減少させ、膜
中の欠陥をうまく減少させた作用によるものと思われ
る。しかも、直流放電を使用することにより、高周波プ
ラズマのみでは達成の難しかった濃度の原子状水素を生
成し、また、イオンを制御でき、従来に比べ厚い膜厚と
短い曝露時間で同様の効果を得ることが可能となり、結
果として短いプロセス時間でデバイスを作成できること
になって、コストの低減を図ることができる。
The p + in + type solar cell produced in this manner had a higher photosensitivity and less photodegradation than the conventional one formed by continuous high frequency plasma CVD method. FIG. 11 shows a solar cell according to this embodiment.
3A and 3B show the photo-deterioration characteristics of both (A) and the conventional one (B). The conventional one is -1/3 with respect to the light irradiation time t.
Although it deteriorates according to the power law, it can be seen that the degree of deterioration is considerably suppressed in the film according to this example. This is because the hydrogen is favorably extracted from the i-type layer by atomic hydrogen, and the adverse effect of ion irradiation can be reduced. Therefore, the weak bond in the film is maintained while maintaining the amorphous structure. It is believed that this is due to the effect of successfully reducing the number of defects and the number of defects in the film. Moreover, by using direct current discharge, it is possible to generate atomic hydrogen at a concentration that was difficult to achieve with high-frequency plasma alone, and to control ions, and obtain similar effects with a thicker film and shorter exposure time than before. As a result, the device can be produced in a short process time, and the cost can be reduced.

【0052】なお、本実施例では水素化されたアモルフ
ァスシリコンの場合を説明したが、本実施例の方法と装
置が、その他の水素化アモルファスシリコン合金(a−
SiC:H、a−SiGe:Hなど)膜を作成する場合
にも有効であることは明らかである。
Although the case of hydrogenated amorphous silicon has been described in the present embodiment, the method and apparatus of this embodiment are applicable to other hydrogenated amorphous silicon alloys (a-
It is clear that it is also effective when forming a film such as SiC: H and a-SiGe: H.

【0053】[第3の実施例]次に、本発明の第3の実
施例について説明する。上述の第2の実施例では、アノ
ード電極を接地し、カソード電極が負のバイアスとなる
ように直流電圧が印加されていたが、この実施例では、
アノード電極、カソード電極とは別の第3の電極を反応
チャンバ内に設け、この第3の電極に負のバイアス電圧
を印加しようとするものである。図12は、この第3の
実施例の非単結晶シリコン膜の形成装置の構成を示す模
式断面図である。
[Third Embodiment] Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the above-described second embodiment, the anode electrode is grounded and the DC voltage is applied so that the cathode electrode has a negative bias. However, in this embodiment,
A third electrode different from the anode electrode and the cathode electrode is provided in the reaction chamber, and a negative bias voltage is applied to the third electrode. FIG. 12 is a schematic sectional view showing the structure of a non-single crystal silicon film forming apparatus according to the third embodiment.

【0054】図3を用いて示した第2の実施例での形成
装置と異なることは、平行に配置されたカソード電極2
02とアノード電極203とのちょうど中間のところ
に、これら各電極202,203と平行になるように金
属製のメッシュ電極219を設け、このメッシュ電極2
19に直流電源218の負極が接続されていることであ
る。これに伴い、カソード電極202には直流電源の負
極には接続されないこととなる。堆積膜を原子状水素に
曝露するときには、メッシュ電極219には負の高バイ
アス電圧が印加されるようになっている。この結果、メ
ッシュ電極219とアノード電極203との間で直流放
電が起こるようになっている。この直流放電のときに
は、基板側が接地されメッシュ電極219に負のバイア
スを印加しているので、プラズマ中の大多数のイオンは
基板と反対側の電極(カソード電極202)にドリフト
して行き、基板に入射するのは、プラズマから拡散して
くるわずかなイオンだけである。一方、直流バイアス電
圧は十分印加されているので、放電電流は十分なものと
なり、これ応じてプラズマ中の電子密度は増加し、この
電子によって分解生成される原子状水素も増加させるこ
とができる。本実施例では、直流放電と高周波放電とで
は放電領域が異なっているが、放電領域が異なることを
除き、各放電中での電位分布の概略は、上述の第2の実
施例の場合と同様である。
The difference from the forming apparatus according to the second embodiment shown in FIG. 3 is that the cathode electrodes 2 arranged in parallel with each other.
02 and the anode electrode 203, a mesh electrode 219 made of metal is provided in the middle of the mesh electrode 2 so as to be parallel to the electrodes 202 and 203.
19 is connected to the negative electrode of the DC power supply 218. Along with this, the cathode electrode 202 is not connected to the negative electrode of the DC power supply. When exposing the deposited film to atomic hydrogen, a high negative bias voltage is applied to the mesh electrode 219. As a result, direct current discharge occurs between the mesh electrode 219 and the anode electrode 203. At the time of this DC discharge, since the substrate side is grounded and a negative bias is applied to the mesh electrode 219, most of the ions in the plasma drift to the electrode (cathode electrode 202) on the side opposite to the substrate, and the substrate Only a small number of ions that diffuse from the plasma are incident on. On the other hand, since the DC bias voltage is sufficiently applied, the discharge current becomes sufficient, the electron density in the plasma increases accordingly, and the atomic hydrogen decomposed and produced by the electrons can also increase. In this embodiment, the DC discharge and the high frequency discharge have different discharge regions, but the outline of the potential distribution in each discharge is the same as in the case of the second embodiment described above, except that the discharge regions are different. Is.

【0055】プラズマ中で発生したイオンが基板に入射
しないようにするためメッシュ電極219が高周波放電
の際に若干負にバイアスされるように、図示しないバイ
アス電源をこのメッシュ電極129に接続するようにし
てもよい。すなわち、高周波放電中には、アノード電極
203が平均的にはプラズマに対して若干負バイアスと
なって、電界ドリフトにイオンがアノード電極203に
入射することのなるので、このメッシュ電極219でプ
ラズマ中のイオンを制御し、アノード電極203へのイ
オンの入射を防ぐようにするようにしてもよい。
In order to prevent the ions generated in the plasma from entering the substrate, a bias power source (not shown) is connected to the mesh electrode 129 so that the mesh electrode 219 is biased slightly negative during high frequency discharge. May be. That is, during high-frequency discharge, the anode electrode 203 is, on average, slightly negatively biased with respect to the plasma, and ions enter the anode electrode 203 due to the electric field drift. May be controlled to prevent the ions from entering the anode electrode 203.

【0056】本実施例においても、上述の第2の実施例
と同様に、不図示のコンピュータによって高周波電源2
07、直流電源218、三方弁213が制御されるよう
になっている。
Also in this embodiment, as in the second embodiment, the high frequency power source 2 is operated by a computer (not shown).
07, the DC power supply 218, and the three-way valve 213 are controlled.

【0057】次に、本実施例の動作について、実際にp
+in+型の太陽電池を作成した例で説明する。この太陽
電池は、図10を用いて説明した上述の第2の実施例に
おける太陽電池と同一の構成のものである。ただし、光
電変換特性に重大な影響を及ぼすi型層274は、上述
の本実施例に基づいて成膜されている。
Next, regarding the operation of this embodiment, p
An example of creating a + in + type solar cell will be described. This solar cell has the same structure as the solar cell in the second embodiment described above with reference to FIG. However, the i-type layer 274, which has a significant effect on the photoelectric conversion characteristics, is formed based on the above-described present embodiment.

【0058】ガラス基板271上にAlなどの金属膜を
用いて下部電極272を形成したのち、第2の実施例と
同様に、厚さ400Åのn+型層273を堆積した。各
ガスの供給を停止した後、反応チャンバ200内を10
-6Torr以下に排気した。
After forming the lower electrode 272 on the glass substrate 271 by using a metal film such as Al, an n + type layer 273 having a thickness of 400 Å was deposited as in the second embodiment. After stopping the supply of each gas, the inside of the reaction chamber 200 is changed to 10
Exhausted below -6 Torr.

【0059】次に、本実施例に基づいてi型層274を
堆積した。バルブ220,222を開けてH2ガス30s
ccmを反応チャンバ200内に導入した。成膜ガスが
反応チャンバ200内に流れるように三方弁213を設
定した後、バルブ231,233をあけてSiH4ガス3
0sccmを他方のガス導入管211に導入し、基板温
度を300℃に保ち、1時間保持した。次に、三方弁2
13の切り替えと高周波放電のオン/オフ、直流放電の
オン/オフにより、第1の工程である成膜と第2の工程
である原子状水素への曝露とを繰り返した。このとき、
上述のように高周波放電の停止のタイミングと直流放電
の開始のタイミングは原子状水素への曝露のタイミング
と同期させ、また直流放電においてはメッシュ電極21
9に負のバイアスが印加されるようにした。高周波放電
の電力は10mW/cm2とし、高周波放電時にはメッ
シュ電極219のバイアス電圧が0Vとなるようにし
た。この高周波放電時のメッシュ電極210のバイアス
電位は、最適条件に従って適宜変更することができる。
また、直流放電時の印加電圧は1000Vとし、直流放
電の電力密度は100mW/cm2とした。このときの
負荷抵抗217は50kΩであった。この条件で、原子
状水素の密度は、高周波放電の場合に比べ、発光強度レ
ベルで約1桁増加した。成膜時間すなわち第1の時間帯
(TD)は20秒とした。このことにより、1サイクル
中に堆積する膜厚は20Åとなった。また、原子状水素
への曝露時間すなわち第2の時間帯(TA)は20秒と
し、コンピュータ(不図示)による制御によって第1お
よび第2の時間帯(TD,TA)を300サイクル繰り返
した。この結果、i型層274の全膜厚は6000Åと
なった。 続いて、上述の第2の実施例と同様にp+
層275と上部電極276を堆積形成し、p+in+型の
太陽電池を完成させた。
Next, an i-type layer 274 was deposited according to this embodiment. Open the valves 220 and 222 and H 2 gas 30s
ccm was introduced into the reaction chamber 200. After the three-way valve 213 is set so that the film forming gas flows into the reaction chamber 200, the valves 231 and 233 are opened and the SiH 4 gas 3
0 sccm was introduced into the other gas introducing pipe 211, the substrate temperature was kept at 300 ° C., and the temperature was kept for 1 hour. Next, the three-way valve 2
The film formation as the first step and the exposure to atomic hydrogen as the second step were repeated by switching 13 and turning on / off the high frequency discharge and turning on / off the direct current discharge. At this time,
As described above, the timing of stopping the high frequency discharge and the timing of starting the DC discharge are synchronized with the timing of exposure to atomic hydrogen, and in the DC discharge, the mesh electrode 21 is used.
Negative bias was applied to 9. The power of the high frequency discharge was 10 mW / cm 2, and the bias voltage of the mesh electrode 219 was 0 V during the high frequency discharge. The bias potential of the mesh electrode 210 during the high frequency discharge can be appropriately changed according to the optimum conditions.
The applied voltage during DC discharge was 1000 V, and the power density during DC discharge was 100 mW / cm 2 . The load resistance 217 at this time was 50 kΩ. Under this condition, the density of atomic hydrogen increased by about one digit at the emission intensity level as compared with the case of high frequency discharge. The film formation time, that is, the first time period (T D ) was set to 20 seconds. As a result, the film thickness deposited during one cycle was 20Å. Further, the exposure time to atomic hydrogen, that is, the second time period (T A ) is 20 seconds, and the first and second time periods (T D , T A ) are 300 cycles under the control of a computer (not shown). I repeated. As a result, the total film thickness of the i-type layer 274 was 6000Å. Then, a p + type layer 275 and an upper electrode 276 were deposited and formed in the same manner as in the second embodiment described above, and a p + in + type solar cell was completed.

【0060】このように作成したp+in+型太陽電池
は、第2の実施例の場合と同様に、従来の連続的に高周
波プラズマCVD法によって成膜したものに比べ、光感
度が大きく、かつ光劣化の少ないものとなった。
The p + in + type solar cell thus produced has a larger photosensitivity than the conventional continuous high frequency plasma CVD method, as in the case of the second embodiment. In addition, the light deterioration was small.

【0061】本実施例では、成膜時の高周波放電中のイ
オンをメッシュ電極で制御しすることのより良好な膜が
得られ、また原子状水素への曝露時には、このメッシュ
電極を利用して直流バイアスを印加することで、電子密
度の大きいプラズマが作成でき、より高濃度の原子状水
素を得ることができる。さらに、直流放電時にはイオン
は基板に入り難く、イオンによる悪影響も抑えることが
できる。その結果、形成される非単結晶シリコン膜自体
の特性も向上し、従来に比べ厚い膜厚と短い曝露時間で
同様の効果を得ることが可能となり、結果として短いプ
ロセス時間でデバイスを作成できることになって、コス
トの低減を図ることができる。
In this example, a film in which ions in the high-frequency discharge during film formation were better controlled by a mesh electrode was obtained, and this mesh electrode was used during exposure to atomic hydrogen. By applying a DC bias, plasma with a high electron density can be created, and a higher concentration of atomic hydrogen can be obtained. Furthermore, ions are less likely to enter the substrate during DC discharge, and the adverse effects of ions can be suppressed. As a result, the characteristics of the formed non-single-crystal silicon film itself are improved, and it is possible to obtain the same effect with a thicker film thickness and shorter exposure time than before, and as a result, it is possible to fabricate a device in a short process time. Therefore, the cost can be reduced.

【0062】なお、本実施例では水素化されたアモルフ
ァスシリコンの場合を説明したが、本実施例の方法と装
置が、その他の水素化アモルファスシリコン合金(a−
SiC:H、a−SiGe:Hなど)膜を作成する場合
にも有効であることは明らかである。
Although the case of hydrogenated amorphous silicon has been described in the present embodiment, the method and apparatus of this embodiment can be applied to other hydrogenated amorphous silicon alloys (a-
It is clear that it is also effective when forming a film such as SiC: H and a-SiGe: H.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、原子状
水素をマイクロ波プラズマ発生手段で生成し、この原子
状水素を導電性の網を介して成膜容器内に導入させるこ
とにより、あるいは、基板側が正のバイアスとなるよ
うに直流電圧を印加し直流放電を起させることにより、
原子状水素に曝す工程において堆積中の非単結晶シリコ
ン膜にプラズマ中のイオンが入射することがなくなっ
て、光劣化が抑止され、成膜中のイオンによるダメージ
が少なく、かつ特性の安定した高品質な非単結晶シリコ
ン膜が得られるという効果がある。
As described above, according to the present invention, atomic hydrogen is generated by the microwave plasma generating means, and the atomic hydrogen is introduced into the film forming container through the conductive mesh, or , By applying a DC voltage so that the substrate side becomes a positive bias and causing a DC discharge,
In the process of exposure to atomic hydrogen, the ions in the plasma do not enter the non-single crystal silicon film being deposited, photodeterioration is suppressed, damage by ions during film formation is small, and the characteristics are stable and high. The effect is that a high quality non-single crystal silicon film can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の非単結晶シリコン膜の
形成装置の構成を示す模式断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a non-single crystal silicon film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施例で作成する光起電力素子の構成を
示す模式断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a photovoltaic element created in the first embodiment.

【図3】本発明の第2の実施例の非単結晶シリコン膜の
形成装置の構成を示す模式断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a non-single crystal silicon film forming apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図4】第2の実施例における高周波電源と直流電源の
作動状況を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing operating states of a high frequency power supply and a DC power supply in the second embodiment.

【図5】放電の発光スペクトルを示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing an emission spectrum of discharge.

【図6】(A)は直流放電におけるプラズマ中の電位分布
の概略を示す特性図であり、(B)は高周波放電における
プラズマ中の電位分布の概略を示す特性図である。
FIG. 6A is a characteristic diagram showing an outline of a potential distribution in plasma in a DC discharge, and FIG. 6B is a characteristic diagram showing an outline of a potential distribution in plasma in a high frequency discharge.

【図7】第2の時間帯の長さと膜中の水素濃度との関係
を示す特性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the length of the second time period and the hydrogen concentration in the film.

【図8】第1の時間帯における堆積膜の膜厚Lと膜中の
水素濃度との関係を示す特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the film thickness L of the deposited film and the hydrogen concentration in the film in the first time zone.

【図9】堆積膜中の水素濃度と光学的バンドギャップE
goptとの関係を示す特性図である。
FIG. 9: Hydrogen concentration in deposited film and optical band gap E
It is a characteristic view which shows the relationship with gopt .

【図10】第2および第3の実施例で作成する太陽電池
の構成を示す模式断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the configurations of solar cells prepared in the second and third examples.

【図11】光劣化特性を示す特性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram showing light deterioration characteristics.

【図12】本発明の第3の実施例の非単結晶シリコン膜
の形成装置の構成を示す模式断面図である。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a non-single crystal silicon film forming apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図13】成膜速度の時間変化を示す特性図である。FIG. 13 is a characteristic diagram showing a change over time in the film formation rate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100,200 反応チャンバ 101,201 基板 102,202 カソード電極 103,203 アノード電極 105 金属メッシュ 106,206 マッチングボックス 107,207 高周波電源 109,115,209,215 排気ポンプ 110 一方のガス導入管 111 他方のガス導入管 116,117 空気作動弁 120,122,131,133,220,222,231,233 バルブ 121,132,221,232 マスフローコントローラ 150 マイクロ波プラズマ発生器 153 マイクロ波源 210 第1のガス導入管 211 第2のガス導入管 213 三方弁 216 コイル 217 負荷抵抗 218 直流電源 219 メッシュ電極 100,200 Reaction chamber 101,201 Substrate 102,202 Cathode electrode 103,203 Anode electrode 105 Metal mesh 106,206 Matching box 107,207 High frequency power supply 109,115,209,215 Exhaust pump 110 One gas inlet pipe 111 Other gas inlet pipe 116,117 Air operated valve 120,122,131,133,220,222,231,233 Valve 121,132,221,232 Plasma generator 150 Microwave mass flow controller 150 153 microwave source 210 first gas introduction pipe 211 second gas introduction pipe 213 three-way valve 216 coil 217 load resistance 218 DC power supply 219 mesh electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/784 31/04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 29/784 31/04

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に非単結晶シリコン膜を堆積する
第1の工程と、該第1の工程によって形成された非単結
晶シリコン膜の表面を原子状水素に曝す第2の工程とを
交互に繰り返し行なう非単結晶シリコン膜の形成方法に
おいて、 前記基板は成膜容器内に設けられ、 前記第1の工程は高周波プラズマCVD法で行なわれ、 前記第2の工程で使用される原子状水素は、前記成膜容
器に接続されたマイクロ波プラズマ発生手段で生成さ
れ、生成された原子状水素は、接地された導電性の網を
介して、前記成膜容器内の前記高周波プラズマCVD法
による高周波プラズマが形成されるべき空間に導入され
ることを特徴とする非単結晶シリコン膜の形成方法。
1. A first step of depositing a non-single-crystal silicon film on a substrate, and a second step of exposing the surface of the non-single-crystal silicon film formed by the first step to atomic hydrogen. In a method for forming a non-single-crystal silicon film, which is repeatedly performed alternately, the substrate is provided in a film forming container, the first step is performed by a high frequency plasma CVD method, and the atomic state used in the second step is used. Hydrogen is generated by a microwave plasma generating means connected to the film forming container, and the generated atomic hydrogen is transferred to the high frequency plasma CVD method in the film forming container through a grounded conductive net. The method for forming a non-single-crystal silicon film according to claim 1, wherein the high-frequency plasma is introduced into a space to be formed.
【請求項2】 第2の工程の実施中には、高周波プラズ
マを生成するための高周波電力が成膜容器には導入され
ない請求項1記載の非単結晶シリコン膜の形成方法。
2. The method for forming a non-single-crystal silicon film according to claim 1, wherein high-frequency power for generating high-frequency plasma is not introduced into the film forming container during the second step.
【請求項3】 成膜容器内に基板を保持し、前記基板上
に非単結晶シリコン膜を堆積する第1の工程と、該第1
の工程によって形成された非単結晶シリコン膜の表面を
原子状水素に曝す第2の工程とを交互に繰り返し行なう
非単結晶シリコン膜の形成方法において、 前記第2の工程の実施中、前記基板側に正のバイアス電
圧が印加されるようにして前記成膜容器内に直流放電を
発生させ、前記直流放電によって生成する原子状水素を
前記第2の工程に利用するものであることを特徴とする
非単結晶シリコン膜の製造方法。
3. A first step of holding a substrate in a film forming container and depositing a non-single crystal silicon film on the substrate, and the first step.
In the method for forming a non-single-crystal silicon film, wherein the second step of exposing the surface of the non-single-crystal silicon film formed by the step to the atomic hydrogen is alternately repeated. A direct current discharge is generated in the film forming container so that a positive bias voltage is applied to the side, and atomic hydrogen generated by the direct current discharge is used in the second step. Method for manufacturing non-single crystal silicon film.
【請求項4】 成膜容器内に第1の工程には関与しない
電極を設け、第2の工程の実施中、前記電極と基板との
間に、基板側に正のバイアス電圧が印加されるようにし
て直流電圧を印加する請求項3記載の非単結晶シリコン
膜の形成方法。
4. An electrode not involved in the first step is provided in the film forming container, and a positive bias voltage is applied to the substrate side between the electrode and the substrate during the second step. The method for forming a non-single-crystal silicon film according to claim 3, wherein a DC voltage is applied in this manner.
【請求項5】 成膜容器内に常に水素ガスが供給され、
第1の工程が成膜性のガスを前記成膜容器内に供給する
ことによって進行する高周波プラズマCVD法で行なわ
れ、第1の工程の実施中は直流放電が停止され、第2の
工程の実施中は前記高周波プラズマCVD法のための高
周波放電と前記成膜性のガスの供給とが停止される請求
項3または4記載の非単結晶シリコン膜の形成方法。
5. Hydrogen gas is constantly supplied into the film forming container,
The first step is performed by a high-frequency plasma CVD method that proceeds by supplying a film-forming gas into the film-forming container, the DC discharge is stopped during the execution of the first step, and the second step is performed. 5. The method for forming a non-single-crystal silicon film according to claim 3, wherein the high-frequency discharge for the high-frequency plasma CVD method and the supply of the film-forming gas are stopped during execution.
【請求項6】 排気可能な成膜容器と、該成膜容器内に
高周波プラズマを発生させる高周波プラズマ手段と、マ
イクロ波源と、前記成膜容器内に設けられた拡散口と、
前記拡散口に接続され前記マイクロ波源からのマイクロ
波によってマイクロ波プラズマを生成するマイクロ波プ
ラズマ発生手段とを有し、前記成膜容器内に保持された
基板上に非単結晶シリコン膜を堆積成長させる非単結晶
シリコン膜の形成装置であって、 前記拡散口は、前記高周波プラズマ手段が高周波プラズ
マを生成する空間に向けて開口し、 かつ、前記成膜容器に対して接地された導電性の網が前
記拡散口の開口部を覆うように設けられていることを特
徴とする非単結晶シリコン膜の形成装置。
6. An evacuable film forming container, a high frequency plasma means for generating a high frequency plasma in the film forming container, a microwave source, and a diffusion port provided in the film forming container.
A non-single-crystal silicon film is deposited and grown on a substrate held in the film forming container, the microwave plasma generating unit being connected to the diffusion port and generating a microwave plasma by a microwave from the microwave source. In the apparatus for forming a non-single-crystal silicon film, the diffusion port has an opening toward a space where the high-frequency plasma means generates high-frequency plasma, and the conductive port is grounded with respect to the film forming container. An apparatus for forming a non-single crystal silicon film, wherein a net is provided so as to cover the opening of the diffusion hole.
【請求項7】 成膜容器に成膜性のガスを導入する手段
が設けられ、マイクロ波プラズマ発生手段に非成膜性の
ガスを導入する手段が設けられている請求項6記載の非
単結晶シリコン膜の形成装置。
7. The non-single unit according to claim 6, wherein a means for introducing a film-forming gas is provided in the film-forming container, and a means for introducing a non-film-forming gas is provided to the microwave plasma generating means. Crystal silicon film forming equipment.
【請求項8】 非成膜性のガスが水素ガスである請求項
7記載の非単結晶シリコン膜の形成装置。
8. The apparatus for forming a non-single-crystal silicon film according to claim 7, wherein the non-film forming gas is hydrogen gas.
【請求項9】 排気可能な成膜容器と、 前記成膜容器内に設けられ基板を保持し得る支持電極
と、 前記支持電極に対向して前記成膜容器内に設けられた対
向電極と、 前記成膜容器内に水素ガスを導入する第1のガス導入手
段と、 前記成膜容器内に成膜性のガスを導入する第2のガス導
入手段と、 前記支持電極と前記対向電極との間に高周波電力を印加
する高周波電源と、 前記支持電極に正のバイアス電圧が印加されるようにす
る直流電源と、 前記高周波電源と前記第2のガス導入手段が作動しかつ
前記直流電源が作動しない第1の時間帯と、前記直流電
源が作動しかつ前記高周波電源および前記第2のガス導
入手段が作動しない第2の時間帯とが交互に現れるよう
に、前記高周波電源と前記直流電源と前記第2のガス導
入手段とを制御する制御手段とを有する非単結晶シリコ
ン膜の形成装置。
9. An evacuable film forming container, a support electrode provided in the film forming container and capable of holding a substrate, a counter electrode facing the support electrode and provided in the film forming container, A first gas introducing unit that introduces hydrogen gas into the film forming container; a second gas introducing unit that introduces a film forming gas into the film forming container; and the supporting electrode and the counter electrode. A high-frequency power source for applying high-frequency power between them, a direct-current power source for applying a positive bias voltage to the support electrode, the high-frequency power source and the second gas introducing means, and the direct-current power source operates The high frequency power supply and the direct current power supply are arranged so that the first time zone not operating and the second time zone in which the direct current power source operates and the high frequency power source and the second gas introducing unit do not operate alternately appear. Controlling the second gas introducing means Forming apparatus of the non-single-crystal silicon film and a control unit.
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