JPS59136476A - プラズマ気相反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、プラズマ気相反応く以下ＰＣＶＤとし）う
）に関するものである。この発明番よ、容量斧吉台型の
方式で、　ＰＣＶＤにおける被ｌｌ爽形成を大きな領域
で行う場合、特に電極面積を大面積とＪ−るときＧこま
たは容量結合型のグロー放電をその電極■■距離を１０
ｃｍ以上例えば３０〜５Ｑｃｍ離してマチうときυこお
し）でも、グロー放電を均一に行うことを目０りＧこし
ている。

（電極面積０．７ｍＸ　０．７ｍ、に電極間隔０．４ｍ
）以上有場−る場合グロー放電がきわめて不均質Ｇこな
り、局９１（的に強い放電が弱い均質な放電とともＧこ
発η已し、さらにこの電極より陽光社の方１ｉ＋］　Ｉ
、こ延びる弓！Ｉ！ｔ／’７ｊ父電が電極上をランダム
に０．１〜３ｍ／り１の速度−で移動（ここではおどり
とし１う）し、この方父電番こよるスパッタ効果により
、形成される膜質を劣化させてしまうことが知られてい
る。この発明し１カ）力）る局部性放電のおどりを除去
し、１句質なり゛ローＩＪ文電が発生するようにするこ
とを目的としてむする。

この発明は、局部性放電を除去Ｊ−るため、容量結合の
一対をなす電極を平坦面状ＧこするのでＧまなく複数の
針状電極とし、この針状型＋ｉを互１．）４こ一間する
ことにより、１つの電極の放電が他の電極の放電に集中
しないようにさせたものである。さらにこの電極から電
極へと放電が飛ぶことを禁１ユするため、電極間にフロ
ーティング・り１ノ・ノド（電気的に電極、反応炉等か
ら遊離して等電位を形成させるための網目状の導体）を
配設したことを特徴としている。

この発明は、反応性気体の供給口のノズルと電極とグリ
ツドとの関係において、ノズルを剣４犬電手あまたはグ
リ・レトとを作用させることにより、電極近傍の構造を
簡素化したことを特徴としてむ−る。

この発明は、一対をなす電極の双方を複数の電極構造と
することにより、さらにその電極間に被膜形成領域を設
けることにより、放電の均一化を促したことを特徴とし
ている。

この発明は、グリツドを針状電極の端部（もつとも被膜
形成領域に近い部分）に比べて横また番ま後方に配設せ
しめ、グリ・ノド番こ℃フレーフカ（形成されないよう
にしたことを他の特徴としてし）る。

従来ＰＣＶＤに関しては、第１図にその概要を示してい
るが、グロー放電法を用（、また平９テ平板電極型にお
いては、その平板間隔を１〜１ｃｍ　（９１１エ４；ｒ
４ｃｍとして放電を行いやすくしていた。

第１図はかかる構造を示したものであり、反応炉（２）
には一対の電極（３）、（８）力＜１３．５Ｍ）ｌｚの
高周波電源（２５）と（４１）　　（４２）　！こより
連続して設けられている。さらに反応系（２４）　Ｌま
、反り芯性気体は、（２６）、　’（２７）、　　（２
８）より、例えＧよ水素シラン、ドーピングガス（Ｂ山
、ＰＨ，等）力糧それぞれ導入され、流量計（２２）　
、）＜）レフ゛（２３）よりなっており、これらはノズ
ル（反Ｌ５４生気体の４Ｒ給口）　（５）より放電＠域
（４５）　＆こ（〕（給される。基板（１）はヒータ（
４６）　４こより力ｕ景シされ一一方の電極（８）上に
設けられてしへる。

かかる構造によって反応性気体例えｂｉシランを分解し
て基板（１）の被形成面上に非単結晶半導体を形成させ
ている。この反応後は反応生成物心よ（４４）を経て排
気系（３２）にバルブ（１４）、　（１５）真空ポンプ
（１６）により放出される。ニードルレノくルブ（１４
）により反応炉内は０．０１〜０．５ｔｏｒｒ例えば０
．１　ｔｏｒｒに保持され、電気エネルギーを（２５）
より供給することにより、有効空間似はグロー放電がお
き、反応生成物例えば非単結晶シリコン膜が基板（１）
上に形成される。

しかしこの時この電極（３）（８）が５０ｃｎ＋または
それ以上である場合、この放電はきわめて不安足手あり
、局部的に輝度の大きい（明るい）強い放電（４３）が
数個観察され、この線状（帯状）の電極間を走る放電は
電極上を５〜５０ｃｎ＋　／秒の速さでランダムに移動
している。

この局部性放電のおきている領域は他の均質な放電領域
に比べて１０倍以上の高エネルギー密度となるため、こ
こで反応した反応生成物は強い運動わめて悪く、例えば
珪素を用し）たアモルファス太陽電池を作ろうとする時
、その中にし１わゆるＨｉの多結晶体が混入し、その変
換辺ｊ率を５％も悪（し、さらに製造の）くう・ンキも
０〜５％も大きく、実用上きわめて重大な問題であった
。

さらにこの局部性放電しま電極間隔を５ｃｍ以上（＋＋
１えは１０〜５０ｃｍ離すとさら番こ頻繁Ｇこ起き、方
父電カベきわめて不安定になってしまうこと力＜中１明
した。

さらＧここの局部性放電を防く゛ため、−力−の電＋１
（３）のみを針状の複数の電極心こすることカベ可能で
ある。しかしこの場合他方の電極（８）Ｇまこの（足来
例の構造においては、基板の配置司力（電１ｉ（８）上
に平坦に設けているため不可ｈヒである。このため一対
をなす電極のひとつのみを針４欠と１゛るだ４すでは不
十分であることが判明した。本発明番五力）力）る放電
の不均一性を防ぐため、一方の電極（ｊｌｌを、反応性
気体の供給側におし）てむま、複数の金１・１入電４趣
にするに加えて、針状電極間Ｇこフローティング゛・グ
リツドを配設し、完全に局部強放電を除去したことを特
徴としている。

本発明は、被膜形成領域をはさむごとくにして配置した
一対の電極のそれぞれに対し、複数の針状電極として、
局部強放電を完全に防止したごとを特徴としている。

本発明は、この局部強放電の電極から電極への１とび」
を防ぐため、針状電極の長さを２０ｍｍ以上とし、さら
にその間隔も２０ｍｍ以上好ましくは３０〜５０ｍｍと
したことを特徴としている。

そのため太陽電池をＰＩＮ接合型を有して珪素を用いて
行った時に６〜８％を大面積例えば２０ｃｍ　Ｘ６０ｃ
ｍという基板で作ることができ、製造歩留りも従来の３
０％より８０％以」二に向上させることができるという
大きな特徴を有する。

以下に図面に従って本発明の実施例をしるす。

実施例１ 第２図は本発明のＰＣＶＤ装置の概要を示すものである
。

図面において、被形成面を表面に有する基板（１）は裏
面を互いに重合わせて対をてし、石英ボルダ−（１９）
に配列されている。反応炉（２）へは予備室（２９）に
扉（２１）より挿入し、ポンプ（３１）にてバルブ（３
０）を開として真空引きをする。１０ｔｏｒｒ以下の十
分な真空引きが行われた後、ゲート弁（２０）を開けて
図のごとく基板（１）ホルダ（１９）を配設する。反応
炉（２）内で基板（１）は上方下方より赤外線ランプ（
７）　　（７’）フ により加熱され、１００〜４００’Ｃ例えば２５０’Ｃ
に加熱される。

反応性気体をドーピング系（２４）にて（２６）。

（２７）、　（２８）、　（２９）より流量δ１（２２
）、バルブ（２３）を経て供給口（１０）を経て反応炉
（２）内に供給する。供給口はノズル（５）が一対をな
す電極（３）、（８）の一方の電極（３）を兼ね、他方
の電極（８）と容量結合型のグロー放電をおこさしめる
。この一対の電極はその外側を石英フード（３３）、　
（３４）でおおわれ、反応炉（２）の内壁との寄生放電
を防止している。電極（３）、（８）は高周波電源（２
５）の端子（４１）　　（４２）を介して） 電気エネルギーが供給される。

さらに第２図においては、本発明の電極、グリツドに関
し、上方および下方に容量結合三４によるグロー放電プ
ラズマＣｖＤを行うための電極（３）（８）がそれぞれ
設けられている。

上方の電極（３）は、針状の複数の電極（５４）と電極
（５４）に電気エネルギーを導く中空の導体（５５）と
より構成され、この導体（５５）は（４１）と電気的に
連結しており、且つ反応性気体の供給口（１０）とは電
気的に離間している。反応性気体は中空の導体（５５）
を通ってノズル（５）より被膜形成領域に供給されてい
る。このノズル（５）を有する針状電極（例えばステン
レス製または銅にニッケルメッキをしたもの）は、長さ
２０ｍｍ以上好ましくは３０〜７０ｍｍ例えば４０ｍｍ
とした。この長さが１５ｍｍ以下と短ずぎると、放電電
極としての機能を有さず、また長すぎて必要以上に空間
を−Ｖかする必要がなく、２０〜１００　ｍｍが実用範
囲であった。

また各針状電極の間隔は２０ｍ１Ｔ１以上好ましくは３
０〜７０ｍｍ例えば５０ｍｍとした。これも２０〜１０
０　ｍｍが実用範囲であり、１００　ｍｍ以上では各電
極間に放電がない領域ができてしまった。

さらに反応性気体の供給側の電極系（５０）にはこの針
状電極をマトリックス状に４０ｍｍ間隔に配設しその中
間部に網状に等電位を構成して針状電極間に局部放電が
とびわたらないようにグリツドをもうけた。これは０．
５〜ｌｍｍ−のステンレスを４０ｍｍの空隙（その中央
部には針状電極端（５４）が設けられている）を有して
設けた。このグリツドは針状電極の長さを５０ｍｍ以下
とする時、特にその局部放電の発生防止に対してきわめ
てを効であった。

さらに第２図において、本発明の電極は上方の電極系（
５０）下方の電極系（５１）をともに針状電極として設
けた。下方の電極に関しては、電極（８）は針状を電極
（３）と同様の寸法、形状で有している。しかし図面か
ら明らかなごとく、電極（８）は反応後の不要反応生成
物が穴の部分でつまってしまうことを防ぐため、板状の
ステンレス板に４０ｍｍごとに針状電極を設け、この板
に３〜５ｍｍの穴を多数開け、不要反応生成物、キャリ
アガスは穴（９）より（６）を通って排気口（６）より
排気系（３２）にいたらしめた。

かくのごとく上方および下方の双方を針状とすることに
より、被膜形成領域の実効電極面積７０ｃｍ電極間隔５
０ｃｍにおいても局部強放電がみられなかった。

図面における実施例において、反応炉は高さ８００ｍｍ
中８００ｍｍ奥行き１０００ｍｍを有し、被膜形成領域
としての有効空間（４５）は２０ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍの
基板を互いに８ｃｍ離し２０枚（１０セ・ノド）配し、
２０ｃｍ　Ｘ　６０れ、また電極面積も６５ｃｍとおお
きくても本発明の双方に針状電極を形成させた場合、ま
たは一方に形成する場合にはグリッドと併用して設ける
ことにより、従来例で見られた局部強放電を全く除去す
ることができた。特に局部強放電の起きるおきやすさは
、反応性気体がシラン等の反応性固体となりやすい場合
が水素、アルゴン、窒素等よりもきわめておきやすい。

しかし本発明においては、シラン（ＳｉｎＨ２，、ｎ≧
１）において０．０５〜０．２ｔｏｒｒ３０Ｗにおいて
全く観察されなかった。そのため反応性気体を（２６）
よりシラン（２７）よりジ；１ζラン（２８）よりフオ
スヒン（２９）よりキャリアカ゛ス例えば水素を供給し
て、一つのＰ（１００′Ａ）■（５０００人）　　Ｎ　
（１００人）のＰＩＮ接合をガラス蒸機」二のＣＴｒ’
（透明導電膜）上に設けると、その変換効率（よ２０６
０ｃｍにて従来の第１図の構造のプラズマＣＶＤ装〜置
においては１％を得ることも不可能であった。

他方本発明の第２図のプラズマＣＶＤ装置においては＋
ＡＯｃｍ　８６０ｃｍのパネルに対し１５ｍｍｘ’　４
０ｃｍのセルを４０段直列連結した方式において、開放
電圧３０Ｖ以上（３０〜３５ｖ）短絡電流６００ｍ　Ａ
以上（７００〜８００ｍＡ）効率５％（５〜６．５％）
以上をΔＭｌ（１００ｍＷ／ｃｍ”）にて得ることがで
きた。このため従来電圧は５〜２５Ｖと大きくばらつき
、電流は７０〜５００ｍＡと大きくばらつき、さらに効
率０．１〜２％と大きくばらついてしまったことを考え
ると、画期的なことであった＠ この図面では反応炉はひとつであるが、これをＰＩＮ接
合を形成する反応炉をそれぞれ独立せしめＰ型半導体雇
用の反応炉、Ｉ型半導体履用の反応炉およびＮ型半導体
層用の反応炉とし、それらをたがいに連続し、外部に触
れることなく、基板を移動するマルチチャンバ一方式例
えば不発四人の出願になる特許願５６−−５５６０８　
　（５３−−１５２８８７、Ｓ　５３．１２．１０出願
の分割）を用いると有効である。また本発明は、第２図
に示すごとく、グリッドを正極め双方にもうけることに
より局部強放電を完全に防止することができた。

本発明の実施例において、針状電極はステンレスの管（
外径３　ｍ　ｍ−、内径２ｍｍ）をもちいた。しかきな
い範囲に設けて放電の均一性をさらに高めることは有効
である。がくすると構造的にはさらにマルチ電極方式に
至る。

実施例２ 第２図においては、ノズル（５）と電極（３）とが同一
物よりなっており、ステンレスの針状電極を管状として
ノズル穴（５）を設けたものである。さらにこの電極（
３）、ノズル（５）、グリフ１−の関係に関し、第２図
のＰＣＶＤ装置であって特にその電極、グリフ１−等の
上側電極（５０）下側電極（５１）を第３図（Ａ）のご
とくに変形を有せしめることができる。

第３図＜Ａ、）は電極（３）が導体（５５）にステンレ
スの針金（５４）　　（１〜３ｎｕ＋＋）が針状電極（
５５）として設げられており、この針状電極間にグリフ
１−　＜１２）が設けられている。反応性気体はこのグ
リッド（管状を有し、ドーピング系（２４）反応炉と電
気的に遊離した導体よりなる）にもうけられた０、５〜
１ｍｍ”のノズル（５）より被膜形成領域に放出され、
プラズマ反応がなされる。その他は実施例１と同しであ
る。機構的に電極部（５０）の構造を簡単にすることが
できた。実施例１と同様の効果を有せしめることができ
た。

実施例３ 第３図（Ｂ）は本発明の他の実施例をしめす。

図面より明らかなごとく、上側電極部（５０）下側電極
部（５１）をともに針状電極とし、フレークの発生の原
因となるグリ・ノドを全（設りなし）場合である。その
他は実施例１と同様である。

かくのごとくすると、実施例１．２に比ヘテ、フレーク
（雪片）の発生が少なくなった。すなわちフレークがグ
リソト部に付着し落下することにより被形成面に付着し
、ビンポール等を作りやすいが、これを防ぐことができ
た。しかし同時に局部強放電をなくす剣状電極の長さを
５０〜８０ｍｍにすることが必要になり、針状電極間も
同様に５０〜８０ｍｍと電極長と同程度に太き（開けな
ければならず被膜成長速度が実施例１の３７１／秒より
１λ／秒に少なくなった。

本発明においてはシランを用いた半導体膜の作製を示し
た。しかし半導体膜として５ｉＦｚＳｉＦｆとのＰＣＶ
Ｄ反応によるＳｉ、シランとメタンとのＰＣＶＤによル
５ｉｘＣ＋ヮ（Ｑ＜ｘ＜１）シランとゲルマンとによ体
として設けることも本発明は有効である。

を用いた金属アルミニューム、ＴＭ八とシランを用いた
シリコン添加アルミニュームのごとき導体、または５ｎ
Ｃ１４と酸化物気体とを用いた酸化スズ、Ｉ　ｎ　Ｃ１
３，５ｎＣ１４と酸化物気体とを用いた酸化インジュー
ムスズ等の透光性導電膜を形成してもよいことはいうま
でもない。

さらに本発明においては、第２図の実施例よりも明らか
なごとく、反応性気体を上方より下方に流し、その流れ
にそって基板の被形成面を配し、は、基板表面、反応性
気体、電界の向きを変えて基板表面を反応生成物がスパ
ツクさせないかぎりにおいて変形し応用してもよい。

本発明は、以上のごとく大面積電極または電極間隔を１
０ｃｍ以上離した場合ずなわら電極間電圧か５００Ｖ以
上になってしまう場合特に有効であり・かかるフローテ
ィング・グリツドは電圧駆動式のグロー放電方法を用い
たＰ　ＣＶ　Ｉ）において特に有効であるものと信じる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のプラスマＣＶＤ法を示す。 第２図は本発明のプラズマＣＶＤ装置を示す。 第３図は反応性気体の電極配置を特に示したものである
。 特許出願人 ど−一−ノーー一つ 耘≠ｌり 〜／−４ｂ ７−５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．１気圧以下の減圧状態に保持された反応容器と、該
   反応容器に反応性気体を供給する供給系と、不要反応生
   成分またはキャリアガスを真空排気する排気系と、前記
   供給系と排気系との間に非形成面を有する基板を配設す
   る被膜形成領域とを具備したプラズマ気相反応装置にお
   いて、電気エネルギーを前記反応性気体に供給する一対
   をなす第一および第二の電極は、ともに複数の針状電極
   構成を有し、外針状電極は前記被膜形成領域に向かって
   配向して設けられたことを特徴とするプラズマ気相反応
   装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、針状電極は長さ２
   ０ｍｍ以上を有し、針状電極間隔は２０ｍｍ以上を有し
   て設けられたことを特徴とするフ。 ラズマ気相反応装置。