JPH10229213A

JPH10229213A - 半導体薄膜の形成方法

Info

Publication number: JPH10229213A
Application number: JP9354122A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Nishimoto; 智紀西元
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-12-12
Filing date: 1997-12-08
Publication date: 1998-08-25

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、プラズマＣＶＤ法で低コスト、高品
質の半導体薄膜を形成する方法を提供することを目的と
している。【解決手段】本発明は、周波数が５０〜２０００ＭＨ
ｚ、圧力が０．００５〜０．５ｔｏｒｒの範囲でプラズ
マＣＶＤ法により半導体薄膜を形成すこと、成膜室内に
金属製メッシュを実質的にプラズマを閉じ込めるように
配設すること、原料ガスの分解および基板表面上での堆
積膜形成反応が促進され、高品質の半導体薄膜を高速で
形成できること、等を特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波および半導
体形成用の原料ガスを用いた半導体薄膜の形成方法、特
に微結晶層を含有する非晶質半導体薄膜或は微結晶半導
体膜の形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、アモルファス（非晶質）シリコ
ン膜等を用いた光起電力素子の作製には、一般的には、
プラズマＣＶＤ法が広く用いられており、企業化されて
いる。しかしながら、光起電力素子を電力需要を賄うも
のとして確立させるためには、使用する光起電力素子
が、光電変換効率が充分に高く、特性安定性に優れたも
のであり、且つ大量生産し得るものであることが基本的
に要求される。そのためには、アモルファスシリコン膜
等を用いた光起電力素子の作製においては、電気的、光
学的、光導電的あるいは機械的特性及び繰り返し使用で
の疲労特性あるいは使用環境特性の向上を図るととも
に、大面積化、膜厚及び膜質の均一化を図りながら、し
かも高速成膜によって再現性のある量産化を図らねばな
らないため、これらのことが、今後改善すベき問題点と
して指摘されている。

【０００３】その中で、これまでマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法による堆積膜作製方法については多くの報告がな
されている。例えば、“ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ
ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆａ−ＳｉＧｅ：Ｈｆ
ｉｌｍｓｕｔｉｌｉｚｉｎｇａｍｉｃｒｏｗａｖ
ｅ−ｅｘｃｉｔｅｄｐｌａｓｍａ” Ｔ．Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｍ．Ｔａｎａｋａ，Ｋ．Ａｚｕ
ｍａ，Ｍ．Ｎａｋａｔａｎｉ，Ｔ．Ｓｏｎｏｂｅ，Ｔ．
Ｓｉｍａｄａ，ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏ
ｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．２６，
Ｎｏ．４，Ａｐｒｉｌ，１９８７，ｐｐ．Ｌ２８８−Ｌ
２９０、“Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ−ｅｘｃｉｔｅｄｐｌ
ａｓｍａＣＶＤｏｆａ−Ｓｉ：Ｈｆｉｌｍｓ
ｕｔｉｌｉｚｉｎｇａｈｙｄｒｏｇｅｎｐｌａｓ
ｍａｓｔｒｅａｍｏｒｂｙｄｉｒｅｃｔｅｘｃ
ｉｔａｔｉｏｎｏｆｓｉｌａｎｅ” Ｔ．Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｍ．Ｔａｎａｋａ，Ｋ．Ａｚｕ
ｍａ，Ｍ．Ｎａｋａｔａｎｉ，Ｔ．Ｓｏｎｏｂｅ，Ｔ．
Ｓｉｍａｄａ，ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏ
ｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．２６，
Ｎｏ．８，Ａｕｇｕｓｔ，１９８７，ｐｐ．１２１５−
１２１８等にＥＣＲを使用したマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法が記述されている。

【０００４】また、特開昭５９−１６３２８号公報「プ
ラズマ気相反応装置」にはマイクロ波プラズマＣＶＤ法
で半導体膜を堆積する方法が示されている。更に特開昭
５９−５６７２４号公報「マイクロ波プラズマによる薄
膜作製方法」にもマイクロ波プラズマＣＶＤ法で半導体
膜を堆積する方法が示されている。また、ＲＦプラズマ
ＣＶＤ法においてアノードとカソードの間にメッシュ状
の第三の電極を設ける堆積膜の作製法が、“Ｐｒｅｐａ
ｒａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｌｙｐｈｏｔｏｓｅｎ
ｓｉｔｉｖｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄａｍｏｒｐ
ｈｏｕｓＳｉ−Ｇｅａｌｌｏｙｓｕｓｉｎｇａ
ｔｒｉｏｄｅｐｌａｓｍａｒｅａｃｔｏｒ”Ａ．
Ｍａｔｓｕｄａｅｔ．ａｌ．，ＡｐｐｌｉｅｄＰｈ
ｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．４７Ｎｏ．１
０，１５，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ１９８５ｐｐ．１０６
１−１０６３に示されている。さらに、光起電力素子を
用いる発電方式にあっては、単位モジュールを直列又は
並列に接続し、ユニット化して所望の電流、電圧を得る
形式が採用されることが多く、各モジュールにおいては
断線やショートが生起しないことが要求される。加え
て、各モジュール間の出力電圧や出力電流のばらつきの
ないことが重要である。こうしたことから、少なくとも
単位モジュールを作製する段階で、その最大の特性決定
要素である半導体層そのものの特性均一性が確保されて
いることが要求される。そして、モジュール設計をし易
くし、且つモジュール組立工程の簡略化できるようにす
る観点から大面積に亘って特性均一性の優れた半導体堆
積膜が提供されることが光起電力素子の量産性を高め、
生産コストの大幅な低減を達成せしめるについて要求さ
れる。

【０００５】光起電力素子については、その重要な構成
要素たる半導体層は、いわゆるｐｎ接合、ｐｉｎ接合等
の半導体接合がなされている。アモルファスシリコン等
の薄膜半導体を用いる場合、ホスフィン（ＰＨ₃），ジ
ボラン（Ｂ₂Ｈ₆）等のドーパントとなる元素を含む原料
ガスを主原料ガスであるシラン等に混合してグロー放電
分解することにより所望の導電型を有する半導体膜が得
られ、所望の基板上にこれらの半導体膜を順次積層作製
することによって容易に前述の半導体接合が達成できる
ことが知られている。そしてこのことから、アモルファ
スシリコン系の光起電力素子を作製するについて、その
各々の半導体層作製用の独立した成膜室を設け、該成膜
室にて各々の半導体層の作製を行う方法が提案されてい
る。

【０００６】因に米国特許第４，４００，４０９号明細
書には、ロール・ツー・ロール（ＲｏｌｌｔｏＲｏ
ｌｌ）方式を採用した連続プラズマＣＶＤ装置が開示さ
れている。この装置によれば、複数のグロー放電領域を
設け、所望の幅の十分に長い可撓性の基板を、該基板が
前記各グロー放電領域を順次貫通する経路に沿って配置
し、前記各グロー放電領域において必要とされる導電型
の半導体層を堆積しつつ、前記基板をその長手方向に連
続的に搬送せしめることによって、半導体接合を有する
素子を連続作製することができるとされている。なお、
該明細書においては、各半導体層作製時に用いるドーパ
ントガスが他のグロー放電領域へ拡散、混入するのを防
止するにはガスゲートが用いられている。具体的には、
前記各グロー放電領域同志を、スリット状の分離通路に
よって相互に分離し、さらに該分離通路に例えばＡｒ、
Ｈ₂等の掃気用ガスの流れを形成させる手段が採用され
ている。こうしたことからこのロール・ツー・ロール方
式は、半導体素子の量産に適する方式であるものの、前
述したように、光起電力素子を大量に普及させるために
は、さらなる光電変換効率、特性安定性や特性均一性の
向上、製造コストの低減が望まれている。

【０００７】特に、光電変換効率や特性安定性の向上の
ためには、各単位モジュールの光電変換効率や特性劣化
率を０．１％刻み（割合で約１．０１倍相当）で改良す
るのは当然であるが、更には、単位モジュールを直列又
は並列に接続し、ユニット化した際には、ユニットを構
成する各単位モジュールの内の最小の電流又は電圧特性
の単位モジュールが律速してユニットの特性が決るた
め、各単位モジュールの平均特性を向上させるだけでな
く、特性バラツキも小さくすることが非常に重要とな
る。そのために単位モジュールを作製する段階でその最
大の特性決定要素である半導体層そのものの特性均一性
を確保することが望まれている。また、製造コストの低
減のために、各モジュールにおいては断線やショートが
生起しないように、半導体層の欠陥を減らすことによ
り、歩留りを向上させることが強く望まれている。

【０００８】近年、アモルファスシリコン太陽電池の構
成層に微結晶シリコンを用いる試みがなされている。例
えば、“ＩｎｔｒｉｎｓｉｃＭｉｃｒｏｃｒｙｓｔａ
ｌｌｉｎｅＳｉｌｉｃｏｎ（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）−Ａ
ＰｒｏｍｉｓｉｎｇＮｅｗＴｈｉｎＦｉｌｍＳｏ
ｌａｒＣｅｌｌＭａｔｅｒｉａｌ”Ｊ．Ｍｅｉｅ
ｒ，Ｓ．Ｄｕｂａｉｌ，Ｒ．Ｆｌｕｃｋｉｇｅｒ，Ｄ．
Ｆｉｓｈｅｒ，Ｈ．Ｋｅｐｐｎｅｒ，Ａ．Ｓｈａｈ，Ｐ
ｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＦｉｒｓｔＷＣＰＥ
Ｃ；Ｄｅｃ５−９，１９９４；Ｈａｗａｉｉ，ｐｐ．Ｌ
４０９−Ｌ４１２には、周波数７０ＭＨｚのＶＨＦを用
いて作成した微結晶シリコンで構成された、光劣化を伴
わないｐｉｎ素子が報告されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな微結晶シリコンで構成された、光劣化を伴わないｐ
ｉｎ素子光においても、その光電変換効率はシングル構
造のセルで５％以下であり、既存のアモルファスシリコ
ン太陽電池と比較した場合、アモルファスシリコン太陽
電池に光劣化があることを考慮にいれても、良好とはい
えない。さらに、これまで一般に、微結晶シリコン膜の
堆積速度は１Å／ｓ以下と遅く、かつ、太陽電池として
十分な特性を発揮するに必要な微結晶シリコン層の膜厚
は１μｍ以上と厚く、従って、量産時におけるスループ
ットを向上させにくいという問題があった。このよう
に、微結晶シリコンには光劣化を伴わないという優れた
特徴を有する一方で、太陽電池に適用した場合には、変
換効率が低く、また、量産性も劣るという欠点があっ
た。

【００１０】そこで、本発明は、このような課題を解決
するため、微結晶シリコン膜などの半導体薄膜を高品
質、高速で形成でき、成膜室のメンテナンス性も向上
し、生産時のスループットを向上させることの可能な半
導体薄膜の形成方法を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、半導体薄膜の形成方法をつぎのように構
成したことを特徴とするものである。すなわち、本発明
の半導体薄膜の形成方法は、成膜室に原料ガス及び高周
波電力を導入し、プラズマを発生させて基体上に半導体
薄膜を形成するプラズマＣＶＤ法による半導体薄膜の形
成方法において、前記高周波電力の周波数が５０〜２０
００ＭＨｚの範囲にあり、前記高周波電力の投入電力密
度が０．００１〜１．０ｗ／ｃｍ³の範囲にあり、か
つ、その形成圧力が０．００５〜０．５ｔｏｒｒの範囲
にあり、かつ、基体温度が１５０〜５００℃の範囲にあ
り、かつ、基体と原料ガス導入部の間に、実質的にプラ
ズマを閉じ込めるように、金属製メッシュを配設して半
導体薄膜を形成することを特徴としている。また、本発
明の半導体薄膜の形成方法は、前記高周波電力の周波数
が５０〜２００ＭＨｚの範囲にあり、かつ、基体温度が
１５０〜５００℃の範囲にあり、かつ、形成圧力が０．
１〜０．５ｔｏｒｒの範囲にあり、かつ、高周波の投入
電力密度が０．００１〜０．２ｗ／ｃｍ³の範囲にある
ことを特徴としている。また、本発明の半導体薄膜の形
成方法は、前記高周波電力の周波数が２００〜５５０Ｍ
Ｈｚの範囲にあり、かつ、基体温度が１５０〜５００℃
の範囲にあり、かつ、形成圧力が０．０１〜０．３ｔｏ
ｒｒの範囲にあり、かつ、高周波の投入電力密度が０．
０１〜０．５ｗ／ｃｍ³の範囲にあることを特徴として
いる。また、本発明の半導体薄膜の形成方法は、前記高
周波電力の周波数が５５０〜２０００ＭＨｚの範囲にあ
り、かつ、基体温度が１５０〜５００℃の範囲にあり、
かつ、形成圧力が０．００５〜０．１ｔｏｒｒの範囲に
あり、かつ、高周波の投入電力密度が０．０１〜１．０
ｗ／ｃｍ³の範囲にあることを特徴としている。また、
本発明の半導体薄膜の形成方法は、前記金属製メッシュ
を成膜室に電気的に接地したことを特徴としている。ま
た、本発明の半導体薄膜の形成方法は、前記金属製メッ
シュを成膜室と電気的に絶縁し、前記金属製メッシュに
ＤＣバイアスを印加したことを特徴としている。また、
本発明の半導体薄膜の形成方法は、前記金属製メッシュ
を成膜室と電気的に絶縁し、前記金属製メッシュにＲＦ
バイアスを印加したことを特徴としている。また、本発
明の半導体薄膜の形成方法は、前記金属製メッシュを通
電加熱したことを特徴としている。また、本発明の半導
体薄膜の形成方法は、前記金属製メッシュが線状の素材
を編み込むことにより形成されることを特徴としてい
る。また、本発明の半導体薄膜の形成方法は、前記金属
製メッシュが金属板を伸張することにより形成されるこ
とを特徴としている。また、本発明の半導体薄膜の形成
方法は、前記金属製メッシュが金属板より型を打ち抜く
ことにより形成されることを特徴としている。また、本
発明の半導体薄膜の形成方法は、前記金属製メッシュの
開口率が３０〜９５％の範囲にあり、かつ、メッシュ開
口部の長径が５〜３０ｍｍの範囲にあることを特徴とし
ている。また、本発明の半導体薄膜の形成方法は、前記
金属製メッシュがＦｅ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗのうちの
少なくとも１つの元素より構成されることを特徴として
いる。また、本発明の半導体薄膜の形成方法は、前記金
属製メッシュの材料の抵抗率が１×１０^-5Ωｃｍよりも
小であることを特徴としている。また、本発明の半導体
薄膜の形成方法は、前記半導体薄膜が微結晶層を含有す
る非晶質半導体、或は微結晶半導体であることを特徴と
している。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の発明者は、前述の問題点
を解決するために鋭意研究を重ねてきた結果、良質の微
結晶シリコン膜（微結晶層を含有する非晶質シリコン膜
も含む）を高速で形成するための方法として、５０ＭＨ
ｚ〜２ＧＨｚ（２０００ＭＨｚ）の高周波を用い、前記
高周波電力の投入電力密度が０．００１〜１．０ｗ／ｃ
ｍ³の範囲にあり、かつ、圧力０．００５〜０．５ｔｏ
ｒｒの範囲で、プラズマを金属製メッシュで実質的に閉
じ込めるとともに、必要に応じて金属製メッシュにＤＣ
やＲＦ等のバイアスを印加することや、金属製メッシュ
を通電加熱することが有効であることを見出した。

【００１３】このように、金属製メッシュでプラズマを
実質的に閉じ込めることが、微結晶シリコン膜の高品質
化に寄与することについての詳細は定かでないが、以下
の１〜４の要因が考えられる。１．メッシュで包囲された空間に高周波電力を集中的に
投入することができるとともに、メッシュによって排気
コンダクタンスが実質的に低下するので、成膜ガスの分
解・活性化が捉進され、高密度のプラズマを発生させる
ことができる。メッシュを接地した場合には、プラズマ
中の異常な電荷蓄積を速やかに解消させ、スパーク等の
異常放電を防いで、放電の安定性を向上できる。金属製
メッシュを用いない場合と、接地した金属製メッシュを
用いた場合について、ｉ型微結晶シリコン薄膜を堆積し
た時の堆積速度の比較を図５に示す。接地した金属製メ
ッシュを用いてプラズマを閉じ込めることによって、成
膜速度を向上させることができた。また金属メッシュを
用いた場合、異常放電（スパーク）の発生回数を約１／
３に、大幅に低減することができた。２．また、必要に応じて金属製メッシュを成膜室から電
気的に絶縁し、該金属製メッシュにＤＣやＲＦ等のバイ
アスを加え、プラズマ中の薄膜形成種を取捨選択するこ
とが可能となる。また、メッシュを通電加熱することに
より、原料ガスを分解し、薄膜形成を促進することがで
きる。３．成膜室壁面からのプラズマ内部への剥離膜の飛来が
低減され、放電の安定性が向上するので形成薄膜を高品
質化できる。４．プラズマの拡散を抑制できるので成膜室壁面等、所
望部位以外への膜の堆積を防止でき、メンテナンス性が
向上する。

【００１４】つぎに、図２に本発明の内容を具体的に説
明するための概略図を示す。基体００２は成膜室００１
上部に保持され、所望の温度に加熱されている。原料ガ
ス導入管００５を通して、成膜室００１下部の原料ガス
導入部００５ａより成膜室００１内部に成膜ガスが導入
される。成膜ガスは排気ポンプを使って同図右方へと排
気される。高周波電力は高周波電源００４から、高周波
電極００３を通して成膜室００１内部へ導入され原料ガ
スを分解・励起しプラズマを発生させる。基体００２、
高周波電極００３、および原料ガス導入部００４は金属
製メッシュ００６に包囲されており、発生したプラズマ
は実質的に金属製メッシュ００６内に閉じ込められてい
る点が、図１に示す従来例と異なる。微結晶シリコン膜
を形成する為の原料ガスとしては、シリコン原子を含有
し、かつ、ガス化し得る化合物、例えば、ＳｉＨ₄、Ｓ
ｉ₂Ｈ₆、ＳｉＦ₄、ＳｉＦＨ₃、ＳｉＦ₂Ｈ₂、ＳｉＦ
₃Ｈ、Ｓｉ₃Ｈ₈、ＳｉＤ₄、ＳｉＨＤ₃、ＳｉＨ₂Ｄ₂、Ｓ
ｉＨ₃Ｄ、ＳｉＦＤ₃、ＳｉＦ₂Ｄ₂、Ｓｉ₂Ｄ₃Ｈ₃、Ｓｉ
Ｈ₂Ｃｌ₂等が挙げられる。

【００１５】これらシリコン原子を含有する化合物は、
単独で或は、Ｈ₂、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ等の
希釈ガスを混合して用いることができる。微結晶シリコ
ン膜の形成に好都合な形成条件としては、高周波電力の
周波数が５０〜２０００ＭＨｚの範囲にあり、かつ、高
周波電力の投入電力密度が０．００１〜１．０ｗ／ｃｍ
³の範囲にあり、かつ、その形成圧力が０．００５〜
０．５ｔｏｒｒの範囲にあり、かつ、基体温度が１５０
〜５００℃の範囲にあることが挙げられる。特に、高周
波の周波数が５０〜２００ＭＨｚの範囲にあるときは、
基体温度が１５０〜５００℃の範囲にあり、かつ、形成
圧力が０．１〜０．５ｔｏｒｒの範囲にあり、かつ、高
周波の投入電力密度が０．００１〜０．２ｗ／ｃｍ³の
範囲にあることが好ましい。また、高周波電力の周波数
が２００〜５５０ＭＨｚの範囲にあるときは、基体温度
が１５０〜５００℃の範囲にあり、かつ、形成圧力が
０．０１〜０．３ｔｏｒｒの範囲にあり、かつ、高周波
の投入電力密度が０．０１〜０．５ｗ／ｃｍ³の範囲に
あることが好ましい。さらに、前記高周波電力の周波数
が５５０〜２０００ＭＨｚの範囲にあるときは、基体温
度が１５０〜５００℃の範囲にあり、かつ、形成圧力が
０．００５〜０．１ｔｏｒｒの範囲にあり、かつ、高周
波の投入電力密度が０．０１〜１．０ｗ／ｃｍ³の範囲
にあることが好ましい。

【００１６】金属製メッシュを構成する材料としては、
Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ等の金属の単体あるいは合
金であることが好ましく、加工が容易という点でＡｌ
が、通電加熱耐性に優れているという点でＷが特に好ま
しい。また、プラズマ中の帯電粒子をすみやかに接地電
位に移動させるという観点からは、金属製メッシュを構
成する材料の抵抗率は１×１０^-5Ωｃｍよりも小である
ことが好ましい。また、金属製メッシュの形状として
は、線状の素材を編んだものであれば、金属製メッシュ
の機械的強度を維持したまま容易に開口率を増大させる
ことに好都合である。また、板状の素材に細かい切り目
をいれて引き広げたもの（エキスパンディドメタル）や
パンチングメタル等はメッシュ全体の電気的接触が完全
であるため、プラズマからの帯電粒子を電荷を速やかに
除去する目的には特に都合が良い。プラズマを取り囲む
金属メッシュの金属部の表面積をできるだけ大きくした
いときには、エキスパンディドメタルが、逆に、表面積
を小さくしたいときには、パンチンングメタルが好まし
い。さらに、いずれのタイプの金属メッシュでも、開口
率は３０〜９５％でかつ、開口部の長径が５〜３０ｍｍ
の範囲にあることが、プラズマ中の活性種の選択性や高
周波の遮断性を確保できるとともに、金属メッシュの外
部へ飛散する堆積膜形成粒子を抑制し、成膜室のメンテ
ナンス性も向上できるという観点から望ましい。

【００１７】

【実施例】以下、実施例を用いて発明を具体的に説明す
るが、これらの実施例は本発明の内容を何ら限定するも
のではない。［実施例１］図２に本発明の実施例１を示す。基体は成
膜室００１上部に保持され、所望の温度に加熱されてい
る。原料ガス導入管００５を通して、成膜室００１下部
より成膜室００１内部に成膜ガスが導入される。成膜ガ
スは排気ポンプを使って同図右方へと排気される。高周
波電力は高周波電源００４から、高周波電極００３を通
して成膜室００１内部へ導入され原料ガスを分解・励起
しプラズマを発生させる。基体００２、高周波電極００
３、および原料ガス導入部００５ａは金属製メッシュ０
０６に包囲されており、発生したプラズマは実質的に金
属製メッシュ００６内に閉じ込められている。この成膜
装置を用いて、ｉ型微結晶シリコン膜の形成を行った。
ｉ型微結晶シリコン膜の形成条件を表１〜表３に掲げ
る。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】原料ガスとしては、ＳｉＨ₄を希釈ガスである水素と合
わせて用いている。プラズマ生起用の高周波としては、
周波数５０〜２０００ＭＨｚの高周波に周波数１３．５
６ＭＨｚのＲＦを重畳したものを用い、成膜電極００３
を通して成膜室００１内部に投入している。金属製メッ
シュ００６にはＡｌ製エキパンディドメタルのものを使
用した。メッシュは円筒形をしており、ガス導入部と基
体００２の間に位置し、実質的にプラズマを閉じ込める
ように配設した。この例では、金属製メッシュ００６は
ステンレス製の成膜室００１に電気的に接地してある。

【００２１】上記成膜条件で、ｉ型微結晶シリコン膜を
堆積したときの堆積速度を、金属製メッシュ００６を使
用しない場合（図１）の堆積速度と比較して、図５に示
す。金属製メッシュ００６を使用した時の堆積速度は、
金属製メッシュを使用しない場合の堆積速度よりも、約
２６％向上させることができた。これは、金属製メッシ
ュ００６で実質的にプラズマを閉じ込める事によって、
原料ガスの分解、活性化が促進され高密度で、高電子温
度のプラズマが生成されたためと考えられる。

【００２２】また、同様に、金属製メッシュ００６を用
いた場合と用いない場合で、単位時間当たりの異常放電
（スパーク）の発生回数の比較を行った。金属メッシュ
００６の採用によって異常放電回数は１０回から３回に
低減した。これは、プラズマ中の異常な電荷蓄積を金属
製メッシュ００６によって速やかに解消できた結果と考
えられる。このようにして、金属製メッシュ００６を用
いて実質的にプラズマを閉じ込めることにより、堆積速
度を向上させつつ、放電を安定化できることが確かめら
れた。

【００２３】次に、前述の金属製メッシュ００６を用い
て形成したｉ型微結晶シリコン膜の品質をｐｉｎ型太陽
電池を作成し、その光電変換効率を測定することによっ
て評価した。ｐｉｎ型太陽電池の構成を図９に示す。ま
ず、ステンレス基板００９上に裏面反射層として、銀膜
０１０を５０００Å、酸化亜鉛膜０１１を２μｍ、この
順に堆積した。その後、ｎ型微結晶シリコン膜０１２を
約３００Å、前述のｉ型微結晶シリコン膜０１３を約６
０００Å、ｐ型微結晶シリコン膜０１４を約１００Å、
この順に堆積した。ｎ型層およびｐ型層の形成条件は表
４〜表５に掲げてある。

【００２４】続いて、反射防止膜兼表面電極として酸化
インジウムスズ膜０１５を７００Å堆積し、最後に集電
電極０１６としてＡｕ７０００Åをこの順に堆積し
た。ｉ型微結晶シリコン膜０１３の形成周波数を変化さ
せた時の、変換効率の変化を図６に示す。およそ５０Ｍ
Ｈｚから２０００ＭＨｚの範囲で、従来の１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波を用いた場合より良好な変換効率が得られ
ている。次に、周波数ｆ＝１０５ＭＨｚ、５００ＭＨ
ｚ、１０００ＭＨｚの各周波数における変換効率の基体
温度依存、形成圧力依存、及び投入電力密度依存を検討
した。結果例をまとめて示すと図７−１〜図７−３のよ
うになった。良好な変換効率が得られたのは、高周波電
力の周波数が５０〜２００ＭＨｚの範囲にあるときは、
形成圧力が０．１〜０．５ｔｏｒｒの範囲で、かつ、高
周波の投入電力密度が０．００１〜０．２ｗ／ｃｍ³の
範囲にあった。また、高周波電力の周波数が２００〜５
５０ＭＨｚの範囲にあるときは、形成圧力が０．０１〜
０．３ｔｏｒｒの範囲にあり、かつ、高周波の投入電力
密度が０．０１〜０．５ｗ／ｃｍ³の範囲にあった。ま
た、高周波電力の周波数が５５０〜２０００ＭＨｚの範
囲にあるときは、形成圧力が０．００５〜０．１ｔｏｒ
ｒの範囲にあり、かつ、高周波の投入電力密度が０．０
１〜１．０ｗ／ｃｍ３の範囲にあった。この様に、周波
数範囲に応じて、形成圧力や投入電力密度等を適正化す
ることにより、５０〜２０００ＭＨｚに及ぶ周波数範囲
で、放電の安定性を維持しながら、高品質の微結晶シリ
コン膜を形成することが可能となった。次に、ｉ型微結
晶シリコン膜０１３の形成周波数を５００ＭＨｚとした
場合の金属製メッシュ００６の開口率と放電安定性及び
メッシュからのプラズマの漏れの相関を表６に示す。開
口率３０〜９５％の範囲で良好な特性が得られている。
開口率を６０％としたときの、メッシュの開口部の長径
と放電安定性及びメッシュからのプラズマの漏れの相関
を表７に示す。長径は５〜３０ｍｍが好適であった。さ
らに、メッシュ材料の抵抗率と放電の安定性を調べた。
結果を表８に示す。抵抗率が１×１０^-5Ωｃｍ以下のと
きが好適であり、このとき異常放電の発生回数は極めて
小となった。

【００２５】

【表４】

【００２６】

【表５】

【００２７】

【表６】

【００２８】

【表７】

【００２９】

【表８】［実施例２］図３に本発明を具体的に説明するための実
施例２を示す。基体００２は成膜室００１上部に保持さ
れ、所望の温度に加熱されている。原料ガス導入管００
５を通して、成膜室００１下部より成膜室００１内部に
成膜ガスが導入される。成膜ガスは排気ポンプを使って
同図右方へと排気される。高周波電力は高周波電源００
４から、高周波電極００３を通して成膜室００１内部へ
導入され原料ガスを分解・励起しプラズマを発生させ
る。基体００２、高周波電極００３、および原料ガス導
入部００５ａは金属製メッシュ００６に包囲されてお
り、発生したプラズマは実質的に金属製メッシュ００６
内に閉じ込められている。この例では金属製メッシュ０
０６は絶縁支持体００７によって、成膜室００１と電気
的に分離されている。この場合金属製メッシュ００６に
は、バイアス電源００８を通して、ＤＣやＲＦ等のバイ
アスを印加し、成膜に好都合なイオンを積極的にプラズ
マ中に閉じ込めたり、あるいは、成膜に不都合なイオン
を排除したりすることが可能となる。また、必要に応じ
て、金属製メッシュ００６から基体００２に向かって、
プラズマ中のイオンを加速し、イオンのエネルギーを基
体表面に与えることで、堆積膜表面を活性化させ、膜質
を向上させるという効果が期待できる。

【００３０】金属製メッシュ００６としてＡｌ（アルミ
ニウム）を用い、＋１００ＶのＤＣバイアスを印加した
場合、同じく、金属製メッシュ００６にＡｌを用いて５
００ＷのＲＦバイアスを印加した場合、金属製メッシュ
００６にＷ（タングステン）を用いて金属製メッシュ０
０６を通電加熱（ＤＣ５Ａ）した場合のｐｉｎ太陽電池
の変換効率を、実施例１で示した、接地したＡｌメッシ
ュを用いた場合と比較して図８に示した。ＤＣ印加、Ｒ
Ｆ印加、通電加熱した何れの場合も接地したＡｌメッシ
ュを用いた場合よりも優れた変換効率が得られており、
プラズマを実質的に金属製メッシュ００６に閉じ込めた
状態で金属製メッシュ００６にＤＣやＲＦを印加したり
通電加熱する事がｉ型微結晶シリコン膜０１３の良質化
に有効であることがわかる。

【００３１】［実施例３］図４に本発明を具体的に説明
するための実施例３を示す。基体００２は成膜室００１
上部に保持され、所望の温度に加熱されている。原料ガ
ス導入管００５を通して、成膜室００１下部より成膜室
００１内部に成膜ガスが導入される。成膜ガスは排気ポ
ンプを使って同図右方へと排気される。高周波電力は高
周波電源００４から、高周波電極００３を通して成膜室
００１内部へ導入され原料ガスを分解・励起しプラズマ
を発生させる。高周波電極００３、および原料ガス導入
部００５ａは金属製メッシュ００６に包囲されており、
発生したプラズマは実質的に金属製メッシュ００６内に
閉じ込められている。この例では、金属製メッシュ００
６は、天井部もメッシュで構成されている。従って、金
属製メッシュ００６は、基体００２と原料ガス導入部０
０５ａの間に、実質的にプラズマを閉じ込めるように、
配設されているが、基体００２を閉じ込めてはいない。

【００３２】実施例１および実施例２で述べたのと同様
に、金属製メッシュ００６は成膜室００１に電気的に接
地しても良いし、或は、電気的に絶縁され、ＤＣやＲＦ
バイアスを印加しても良いし、或は通電加熱して用いて
も良い。この例では、プラズマが実質的に基体００２か
ら、分離されている為、基体００２には、異常放電によ
るダメージをうける事がなく、素子の歩留りを大幅に向
上できる効果がある。例えば、素子の歩留りが８０％程
度だったものを、メッシュにより放電の安定性を高める
ことで、容易に９０％以上にすることができた。また、
成膜室壁面等、所望部以外の膜堆積が大幅に減少するた
め、メンテナンス性も向上出来るという効果がある。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体薄膜形成方法を用いれば、微結晶シリコン膜などの半
導体薄膜を高品質、高速で形成でき、成膜室のメンテナ
ンス性も向上し、生産時のスループットを向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の成膜装置を示す概略断面図である。

【図２】本発明の実施例１に係る成膜装置を示す概略断
面図である。

【図３】本発明の実施例２に係る成膜装置を示す概略断
面図である。

【図４】本発明の実施例３に係る成膜装置を示す概略断
面図である。

【図５】本発明の金属メッシュを用いることによる堆積
速度向上効果を示す図である。

【図６】ｉ型微結晶シリコン膜の形成周波数を変化させ
た時の、太陽電池の変換効率の変化を示す図である。

【図７】変換効率の基体温度依存性、形成圧力依存性、
電力密度依存性を示す図である。

【図８】メッシュへのバイアス印加及び通電加熱の効果
を示す図である。

【図９】ｐｉｎ型太陽電池の構成を示す模式図である。

【符号の説明】

００１：成膜室００２：基体００３：高周波電極００４：高周波電源００５：ガス導入管００５ａ：原料ガス導入部００６：金属製メッシュ００８：バイアス電源００９：ステンレス基板０１０：銀膜０１１：酸化亜鉛膜０１２：ｎ型微結晶シリコン膜０１３：ｉ型微結晶シリコン膜０１４：ｐ型微結晶シリコン膜０１５：酸化インジウムスズ膜０１６：集電電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成膜室に原料ガス及び高周波電力を導入
し、プラズマを発生させて基体上に半導体薄膜を形成す
るプラズマＣＶＤ法による半導体薄膜の形成方法におい
て、前記高周波電力の周波数が５０〜２０００ＭＨｚの
範囲にあり、前記高周波電力の投入電力密度が０．００
１〜１．０ｗ／ｃｍ³の範囲にあり、かつ、その形成圧
力が０．００５〜０．５ｔｏｒｒの範囲にあり、かつ、
基体温度が１５０〜５００℃の範囲にあり、かつ、基体
と原料ガス導入部の間に、実質的にプラズマを閉じ込め
るように、金属製メッシュを配設して半導体薄膜を形成
することを特徴とする半導体薄膜の形成方法。
【請求項２】前記高周波電力の周波数が５０〜２００Ｍ
Ｈｚの範囲にあり、かつ、基体温度が１５０〜５００℃
の範囲にあり、かつ、形成圧力が０．１〜０．５ｔｏｒ
ｒの範囲にあり、かつ、高周波の投入電力密度が０．０
０１〜０．２ｗ／ｃｍ³の範囲にあることを特徴とする
請求項１に記載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項３】前記高周波電力の周波数が２００〜５５０
ＭＨｚの範囲にあり、かつ、基体温度が１５０〜５００
℃の範囲にあり、かつ、形成圧力が０．０１〜０．３ｔ
ｏｒｒの範囲にあり、かつ、高周波の投入電力密度が
０．０１〜０．５ｗ／ｃｍ³の範囲にあることを特徴と
する請求項１に記載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項４】前記高周波電力の周波数が５５０〜２００
０ＭＨｚの範囲にあり、かつ、基体温度が１５０〜５０
０℃の範囲にあり、かつ、形成圧力が０．００５〜０．
１ｔｏｒｒの範囲にあり、かつ、高周波の投入電力密度
が０．０１〜１．０ｗ／ｃｍ³の範囲にあることを特徴
とする請求項１に記載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項５】前記金属製メッシュを成膜室に電気的に接
地したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか
１項に記載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項６】前記金属製メッシュを成膜室と電気的に絶
縁し、前記金属製メッシュにＤＣバイアスを印加したこ
とを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記
載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項７】前記金属製メッシュを成膜室と電気的に絶
縁し、前記金属製メッシュにＲＦバイアスを印加したこ
とを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記
載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項８】前記金属製メッシュを通電加熱したことを
特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の
半導体薄膜の形成方法。
【請求項９】前記金属製メッシュは線状の素材を編み込
むことにより形成されることを特徴とする請求項１〜請
求項８のいずれか１項に記載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項１０】前記金属製メッシュは金属板を伸張する
ことにより形成されることを特徴とする請求項１〜請求
項８のいずれか１項に記載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項１１】前記金属製メッシュは金属板より型を打
ち抜くことにより形成されることを特徴とする請求項１
〜請求項８のいずれか１項に記載の半導体薄膜の形成方
法。
【請求項１２】前記金属製メッシュの開口率が３０〜９
５％の範囲にあり、かつ、メッシュ開口部の長径が５〜
３０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜請求
項１１のいずれか１項に記載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項１３】前記金属製メッシュがＦｅ、Ａｌ、Ｃ
ｕ、Ｎｉ、Ｗのうちの少なくとも１つの元素より構成さ
れることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか
１項に記載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項１４】前記金属製メッシュの材料の抵抗率が１
×１０^-5Ωｃｍよりも小であることを特徴とする請求項
１〜請求項１３のいずれか１項に記載の半導体薄膜の形
成方法。
【請求項１５】前記半導体薄膜が微結晶層を含有する非
晶質半導体、或は微結晶半導体であることを特徴とする
請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の半導体薄
膜の形成方法。