JPS60177620A - 薄膜製造装置及び方法 - Google Patents

薄膜製造装置及び方法

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JPS60177620A
JPS60177620A JP59032649A JP3264984A JPS60177620A JP S60177620 A JPS60177620 A JP S60177620A JP 59032649 A JP59032649 A JP 59032649A JP 3264984 A JP3264984 A JP 3264984A JP S60177620 A JPS60177620 A JP S60177620A
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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】 本発明はグロー放電を利用する薄膜製造装置に関し、特
に放電開始手段を設けた装置およびその装置を用いる薄
膜の形成方法に関する。
グロー放電を利用する薄膜作成技術は、非晶質薄膜や微
結晶含有薄膜の作成に最近大いに検討されている。これ
らの薄膜の用途は太陽電池、光センサ−、イメージング
デバイス、薄膜トランジスタ、感光ドラム等に広く開け
ている。
これらデバイスを作成するにあたり、薄膜は単一層を形
成するのみで機能させることは稀であり、通常は基板、
導体層、半導体層、絶縁体層などと共に積層形成あるい
並置形成されて機能させられる。それ故薄膜の作成にお
いては、界面をいかに制御して形成するかが目的とする
デバイスを機能させる上で非常に重要な問題であった。
通常界面を形成するためには一旦放電を停止して、つぎ
に新たなる原料を導入して、それに適合する形成条件で
放電を開始する方法で行なわれている。即ち界面を形成
するためには多くの場合、新たなる放電の開始を伴うも
のである。しかして、この場合、放電中には高エネルギ
ーのイオンが存在し、これが先に形成された薄膜を損傷
したり、先に形成された薄膜中に存在する不純物を新た
に形成する薄膜中に自動ドープする原因となる。かかる
イオンによる弊害は放電電力が大きくなればなるだけ増
大する傾向にある。しかるに従来、グロー放電を開始さ
せるには通常安定な放電を維持するに必要な放電電力(
以下安定放電維持電力という)よりも数倍以上大きな電
力を必要としていたため、上記した弊害がしばしば発生
し、この放電開始電力を小さくすることが望まれていた
。またガス原料、薄膜形成条件、薄膜製造装置の形状等
を変更するとグロー放電開始電力も変化し、極端な場合
は安定放電維持電力の士数倍の開始電力を必要とするこ
ともあった。このように界面形成時に高放電開始電力を
印加せざるを得ない時には、得られるデバイスの特性が
必然的に低下するという問題があった。
この問題を解決するために従来は、インピーダンスマツ
チングに工夫がこらされていたが、原料、条件、装置等
を変更した場合には、これとても満足な結果は得られな
かった。
本発明は、グロー放電の開始手段を設けることを着眼し
て本問題を克服した。
すなわち、本発明は、基板加熱手段、ガス導入手段、真
空排気手段およびグロー放電手段を少くとも有するグロ
ー放電による薄膜製造装置において、グロー放電の能動
的開始手段を有することを特徴とする薄膜製造装置であ
り、および、 グロー放電により二層以上の薄膜(以下
多層薄膜という)を形成する方法において、グロー放電
の能動的開始手段を用いることによって低電力密度でグ
ロー放電を開始する工程を含むことを特徴とする多層薄
膜製造方法を提供するものである。
以下、図面を参照口ながら、本発明の詳細な説明する0 本発明はグロー放電の能動的開始手段として、たとえば
第1図に示すような放電管10又は第2図に示すような
高電圧印加端子20を好ましい手段として使用するもの
である。
放電管としては、ガイスラー管が最も便利に使用される
ので以下ガイスラー管を例にとって説明する。
まず第1図に示すごとく薄膜製造装置のグロー放電室3
0の内部とガイスラー管10の内部とが連通ずるように
設備する。ガイスラー管10はグロー放電室30に直接
とりつけてもよいが、好ましくはシャッター、金属メツ
シー40、変曲部分50等を介在させて設けられる。ガ
イスラー管の電極60は外部に設備した高電圧発生手段
(図示せず)接続されている。ガイスラー管はグロー放
電の開始時期すなわち多層薄膜を形成するに際し、新し
い界面を形成する時にのみ必要とされて薄膜の本体部分
を形成する期間中には必要とされない。
なお、ガイスラー管がグロー放電室30に直接設備され
た場合には、薄膜製造期間に、ガイスラー管にも薄膜が
生成する結果ガイスラー管の作用効果が低減し、長期間
の使用が困難になる。
第2図には、高電圧印加端子20を設けた薄膜製造装置
を示しているが、ガイスラー管について述べたことがそ
のまま妥当する。
つぎに本発明の好ましい動作を実施態様を述べる。グロ
ー放電の開始手段として放電管を用いる場合には、グロ
ー放電手段である電極70に0.03w / cj好ま
しくは0.01 w/cj以下の電力を印加し、薄膜形
成の原料ガスをガス導入手段80を通して供給し真空排
気手段90により5 Torr以下の真空度に保持する
。基板温度が所望の値になった後に、放電管たとえばガ
イスラー管の電極に接続している高電圧印加手段たとえ
ばインダクションコイルの如き手段を用いて高電圧を1
〜3秒間印加して放電を発生させる。この放電に誘起さ
れて薄膜製造装置のグロー放電室にもグロー放電が前述
の如き0.01 w/ca以下の低電力密度でスムース
に開始されるのである。
なお、該開始手段として高電圧印加端子20を用いる場
合には、たとえばテスラーコイル(図示せず)を用いそ
その放電端子20を高電圧印加端子とする。前述の如く
グロー放電手段である電極70に0.03W/c+#好
ましくは0.OIW/c+f以下の電力を印加し薄膜形
成の原料ガスを供給し、真空排気手段90により5 T
orr以下の真空度に保持する。
基板温度が所望の値になった後に、テスラーコイルの電
源を入れて1〜3秒間放電させると、これが引き金(ト
リガー)となって、薄膜製造装置のグロー放電室にも、
前述の如き0.01W/a#以下の低電力密度でグロー
放電が開始されるのである。
このように本発明はグロー放電開始電力を低くおさえる
ことができるものであり、放電開始のために従来必要で
あった高電力の印加をなくすことができる装置を提供す
るものである。本装置は、装置の材質や大きさを限定し
ないので良質の薄膜や薄膜デ′バイスの工学的な大型の
規模での作成にも適している。
以下実施例においてさらに具体的に本発明の装置を用い
て多層薄膜、より具体的には非晶質シリコン太陽電池を
形成する場合について述べる。
なお、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものでは
ないことはもちろんである。
(実施例) 第1図は、基板加熱手段100、真空排気手段90、ガ
ス導入手段80および基板110を設置することのでき
る平行平板電極70′および高周波電力印加電極70を
有するグロー放電室30に金属メツシュ40および変曲
部分50を介してガイスラー管10が設備されている薄
膜形成装置の一部である。基板110には酸化スズ膜よ
りなる透明電極が形成されている。基板温度を150〜
400℃の間で適宜選択し、グロー放電室内の圧力を5
 Torr以下に設定する。まずP層の形成はSiH,
、CH,、B2H,をH2で希釈して行なう。これらの
流量比は5IH4:CH6−7:3SIH4:H2=1
:6であり、B2H6はS t H4に対し約0.1%
の割合で添加した。これらの原料ガス混合物を流しを印
加した。ついでインダクションコイルの電源を入れガイ
スラー管を2秒間放電させた。この瞬間に該電極700
Å力側に設備されているパワーメータの反射波は減少し
、グロー放電室に放電が発生したことを確認した。放電
開始後、所定の放電電力においてP層を約10OA形成
した後放電を停止した。つぎに真空を破ることなくi層
形成室へと基板110を移送した。i層形成室も第1図
に示した装置を有している。i層は5t2H6ガス単独
で形成した。S t 2 Haガスを流しつつ圧力を0
.15Torr形成温度を300℃に調整した後、高周
波電力印加電極70に0.05W/a1の電力を印加し
た。ついでP層形成時と同様にガイスラー管を放電させ
た。この瞬間、グロー放電室30の電極70−70’間
で暗く弱く発光が観察されてグロー放電が開始したこと
を確認した。ついで所望の放電電力においてi層を約5
o6o;形成した後放電を停止した。つぎに真空を破る
ことなくn層形成室へと基板110を移送した。n層は
SiHいPH3をH2で希釈して行なう。これらの流量
比はStH,:H2= 1 : 8であり、PH3はS
iH,に対し約0.8%の割合で添加した。これらの原
料ガス混合物を流しながら圧力0.5Torr、形成温
度250℃として高周波電力印加電極700Å力側に0
,01W/dの電力を印加した。ついでP層、i層形成
時と同様にガイスラー管を放電させた。この瞬間に該電
極700Å力側の反射波は減少し、グロー放電室に放電
が発生したことを確認した。ついで所望の放電電力にお
いてn層を約15OA形成した後放電を停止した。基板
を冷却室へ移して、冷却後真空蒸着室へ移し、アルミニ
ウムを蒸着し電極とした。基板側からAM r (10
0mw/ci)の光を照射して光電特性を測定した。
(比較例) 比較のために本発明における能動的なグロー放電開始手
段を用いない場合について以下に示す。
薄膜の形成条件は先に述べた実施例と同じにした。
まずP層においては、インピーダンスマツチングを調整
したにもかかわらず、0.01 w/c+iでは放電開
始せず0.056 w/c+ffでようや(放電した。
しかしながら、グロー放電開始のために高周波電力印加
電極70にo、os6w/c+iの電力を印加してから
放電開始までに約2分40秒もの誘導期間を必要とした
。また1層では0.056 W/ciでは放電せずQ、
IW/cJでようやく放電をした。しかるにこのときも
約5分30秒の誘導期間を必要とした。n層はP層と同
じ放電電力で放電が開始したが約2分の誘導期間が必要
であった。
実施例と比較例とで光電特性を比較してみると開放端電
圧、短絡電流のいずれにおいても第3図に1例を示した
ように本実施例の方がはるかに良好であり、その結果得
られた光電変換効率は本実施例が7.5%〜8.5%で
あるのに対し、比較例は4.2〜5,6%であった。
すなわち、比較例においては、多層薄膜を形成する場合
、高い放電開始電力を長時間印加することによりデバイ
スの特性(光電変更効率)が大巾に低下せざるを得なか
ったのに対し、本発明は低放電開始電力でしかも瞬間的
に容易に放電が開始するため、かかる特性の低下を伴う
ことなく高光電変換効率が確保できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
第1図は放電管を用いた場合の本発明の薄膜製造装置の
模式的な断面図である。第2図は高電圧印加端子を用い
た場合の本発明の薄膜製造装置の模式的な断面図である
。第3図は本実施例により作成したp−1−n型非晶質
シリコン太陽電池の特性および比較のための太陽電池の
特性を同一図面上に示すグラフである。第3図において
、Aは本発明の実施例の太陽電池のI−V曲線、Bは比
較例のI−V曲線である。 特許出願人 三井東圧化学株式会社 第1図 00 第2図 第3図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板加熱手段、ガス導入手段、真空排気手段およ
    びグロー放電手段を少くとも有するグロー放電による薄
    膜製造装置において、グロー放電の能動的開始手段を有
    することを特徴とする薄膜製造装置。
  2. (2)グロー放電の能動的開始手段が放電管であること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載する装置。
  3. (3)グロー放電の能動的開始手段が高電圧印加端子で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載する
    装置。
  4. (4)グロー放電により二層以上の薄膜(以下多層薄膜
    という)を形成する方法において、グロー放電の能動的
    開始手段を用いることによって低電力密度でグロー放電
    を開始する工程を含むことを特徴とする多層薄膜製造方
    法。
  5. (5)積層される任意の二つの薄膜を形成するに際し、
    第1の薄膜を形成後グロー放電を停止し、グロー放電の
    能動的開始手段を用いることによって低電力密度で再び
    グロー放電を開始し、しかる後より小なる放電維持電力
    によりグロー放電を継続して第1の薄膜上に第2の薄膜
    を形成する工程を含む特許請求の範囲第4項記載の方法
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JPS5917237A (ja) * 1982-07-20 1984-01-28 Anelva Corp グロ−放電装置

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