JPS6349751B2 - - Google Patents

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JPS6349751B2
JPS6349751B2 JP58053850A JP5385083A JPS6349751B2 JP S6349751 B2 JPS6349751 B2 JP S6349751B2 JP 58053850 A JP58053850 A JP 58053850A JP 5385083 A JP5385083 A JP 5385083A JP S6349751 B2 JPS6349751 B2 JP S6349751B2
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plasma
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sputtering
gas
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Nobuhiko Fujita
Hiroshi Kawai
Hideo Itozaki
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Agency of Industrial Science and Technology
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Description

【発明の詳細な説明】
(イ) 技術の背景 近年、クリーンエネルギーを利用する太陽電池
用低コスト薄膜半導体材料の開発が活発である。
その中でも注目されるものに、アモルフアスシリ
コンが上げられる。アモルフアスシリコン太陽電
池においては、他の結晶半導体（Si、GaAsな
ど）太陽電池に比べて光電変換効率が低いため、
電力用電源として使用されるまでにはいたつてい
ない。この光電変換効率を上げるためには広い波
長範囲にわたる太陽光エネルギーを有効に利用す
るためにアモルフアスシリコンに他元素（モデイ
フアイア）を添加し、アモルフアスシリコンの禁
止帯巾に変化をもたせる検討がなされている。ア
モルフアスシリコンにモデイフアイアを添加する
方法として、スパツタリング法とプラズマCVD
法を重畳する薄膜の製造方法がある。この方法
は、スパツターの特徴である固体原料と薄膜にす
ることおよびプラズマCVDの特徴であるガス原
料を薄膜にすることをうまく合体させたものであ
る。しかし、通常のプレーナ型スパツタリング装
置により上記のスパツタリングとプラズマCVD
を重畳させると、スパツタリングによる堆積速度
が低いために膜全体としての堆積速度が小さく、
かつ、ガス圧力も低いことが要求された。またス
パツタリング速度を上げるために高周波電力を上
げると基板付近のプラズマも同時に強くなり膜が
劣化してしまう欠点があつた。さらにCVDに用
いるプラズマとスパツタに用いるプラズマが同じ
強度のためターゲツト表面上でガス原料が膜を形
成し、ターゲツト材のスパツタリングを防ぎ、モ
デイフアイアをアモルフアスシリコン中に入れる
ことができなくなるなどの欠点があつた。 (ロ) 発明の開示 本発明は、プラズマCVD法とスパツタリング
法を重畳した薄膜製造方法でマグネトロンスパツ
タリングを用いることにより、上述の欠点を解消
するものである。 従つて本発明の１つの目的は薄膜の堆積速度を
上げることにある。本発明の他の目的はターゲツ
ト表面にプラズマCVDによる膜が形成するのを
防止してモデイフアイアを容易に添加できる方法
を提供することにある。以下実施例に従い詳細に
説明する。 第１図は本発明を実施するのに使用する薄膜製
造装置の断面図であり、Ｃは真空反応室、Ｓは基
板で基板ホルダーSHに取付けられヒータＨによ
り加熱される。基板ホルダーは直流流電圧源Ｄに
よりバイアス電圧（０〜1000V）が印加される。
Ｇはガス原料導入口であり、Ｐは真空排気管で真
空ポンプ（図示せず）に接続される。真空度は排
気調整バルブCVにより行なう。ターゲツトＴは
カソードCA上に配置する。カソードにはマグネ
トロンスパツタリング用のマグネツトＭがあり、
ターゲツト上に磁界ができる構造となつている。 先ず、第１図に示す薄膜製造装置の動作につい
て説明する。真空反応室Ｃ内を真空排気管Ｐを通
して真空ポンプにより真空にする。残留ガス（特
に酸素、水、炭化水素、窒素など）の影響を少な
くするため10-7Torr以下の真空度にすることが
好ましい。次に基板加熱ヒーターＨにより基板ホ
ルダSH上に基板Ｓを所望の温度に加熱する。次
にアルゴンなどのスバツタリングガスとプラズマ
CVD用の原料ガスをガス導入管Ｇから導入し、
真空排気管から排気するガスの量を真空ポンプの
排気能力をCVにより調節し、真空反応室内を所
望の圧力にする。プラズマCVD用の原料ガスが
スパツタリングガスとしても用いられる場合には
単一のガスのみ導入することもありうる。真空反
応室内の圧力が1Torr以上のときはスパツタリン
グがされ難く、５×10-3Torr以下の時はプラズ
マCVDによる膜形成が少なくなるため真空反応
室内の圧力は５×10-3〜1Torrの範囲が望まし
い。次にカソードCAにRF圧を印加し、真空反応
室Ｃ内にグロー放電を起こさせる。この時ガス導
入管Ｇから導入された原料ガスはグロー放電分解
され膜として基板Ｓ上に堆積する。同時にアルゴ
ンなどのスパツタイオンによりターゲツトＴはス
パツターされ、ターゲツト物質も基板Ｓ上に堆積
する。原料ガスおよびターゲツト材質を変えるこ
とにより種々の膜が得られる。ここにおいて、タ
ーゲツト上部に磁界をかけるるマグネトロンスパ
ツタを用いる。通常のブレーナ型スパツタに比べ
てマグネトロンスパツタの場合ターゲツト上のプ
ラズマが非常に強くなるためにスパツタリング速
度が大きくなる。即ち、スパツタリングに必要な
強いプラズマはターゲツト表面にあり、かつ基板
付近ではプラズマCVDに適した弱いプラズマが
存在することになる。上記の状態については第２
図に示す。Ａは弱いプラズマ、Ｂは磁界により強
められたプラズマを示している。 以上のようなプラズマ分布をつくり出すには、
ターゲツト表面での磁界束密度が50ガウス以上必
要である。 従来の方式では基板付近がターゲツト付近と同
じ強いプラズマであるために良好な膜ができなか
つた。 本発明によればターゲツトはスパツタに適した
強いプラズマに、基板にはプラズマCVDに適し
た弱いプラズマに接しており、良好な膜を得るこ
とができる。またターゲツト付近のプラズマが非
常に強いためにターゲツト表面ではスパツタリン
グ速度がプラズマCVDによる膜堆積速度より十
分大きいためターゲツト材料の表面は常にプラズ
マに接しており、従来の方式で生じるアモルフア
スシリコン膜がターゲツトをおおつてしまいスパ
ツタリングによるモデイフアイアが添加できない
欠点を本発明は解消できる。 本願発明の別の特徴は磁場の強度を変えること
によつて、膜堆積速度を自由に制御することがで
きると同時に、膜堆積層の断面組成を制御するこ
とも可能である。即ち、ターゲツト表面のプラズ
マ強度を磁場の強度で制御することができ、膜断
面中のモデイフアイア量を制御することができ
る。 磁場の強度は電磁方式によつて、電流調整する
ことも可能であり、また永久磁石等を用いる場合
には、その距離によつて制御することも可能であ
る。 本願発明のさらに別の特徴は、光電変換効率を
高く維持して、さらに膜堆積速度の早い薄膜製造
方法を提供するものである。即ち、前記した如く
プラズマ強度を上げると、膜堆積速度は上昇する
が、その逆に膜の光電変換効率は減少する。本願
発明は、磁場強度により局部的にプラズマ強度を
あげて、膜の堆積速度を維持し、膜の表面自体は
プラズマの影響による劣化を防ぐものであり、本
願発明の効果は極めて大きい。 実施例 原料ガスとしてSiH4スパツタリングガスとし
てArターゲツトとしてスズ（Sn）を用いること
によりアモルフアスシリコンの中にSnを添加し
た膜を製造したときの製造条件、膜特性および膜
成長速度を表１に示す。アモルフアスシリコン膜
を太陽電池材料として用いる場合、長波長の光に
対して感度を良くするためにその禁止帯巾を小さ
くすることが重要である。表１には比較のために
従来法であるマグネツトを用いない場合と本発明
のマグネツトを使用した場合の製造条件膜特性お
よび膜成長速度をあわせて記す。 それぞれの製造方法に於いて製造条件は膜特性
が最も良い（σphが大きくEgpが1.5eV以下）最適
条件の場合について記す。表１のσphとはAM1.0
照射時の電気伝導率であり、σdは暗電気伝導率で
ある。
【表】 表１に示すように本発明の実施例によれば、光
学的禁止帯巾EgpはSnを添加しない1.8eVから
1.45eVまで減少し、しかも光電気伝導率σphは大
きく暗電気伝導率は小さい良質の膜が得られる。
一方従来法によればEgpは減少するが、膜特性が
悪い。これはおそらく従来法ではSnをスパツタ
させるために高周波電力を300Wと大きくしてい
る点とスパツタされたSn原子を有効に基板へ到
達させるためにガス圧力を0.01Torrと低くして
いるために、基板付近のプラズマが非常に強くな
り、できた膜に多くの欠陥が生じたり電子やイオ
ンにより損傷をうけたためと考えられる。又マグ
ネツト使用により良好な膜質を得、かつ膜成長速
度も増大することができた。 このように本発明によれば、他元素（モデイフ
アイア）を添加することによりアモルフアスシリ
コンの禁止帯巾を変えることが容易にできる。ア
モルフアスシリコンのモデイフアイアとしては四
配位結合をし易すい四族元素（例えば炭素、ゲル
マニウム、錫、鉛など）が適当である。炭素をモ
デイフアイアとすると禁止帯巾は大きくなり、ゲ
ルマニウム、錫、鉛をモデイフアイアとすれば禁
止帯巾は小さくなる。また、本発明はドーパント
を添加する場合にも使用できる。例えば硼素(B)、
アルミニウム（Al）、燐（Ｐ）、ヒ素（As）など
をターゲツトに使用することにより、これらのド
ーパントをドーピングし、ｐ型やｎ型の伝導型に
アモルフアスシリコンを価電子制御することがで
きる。 以上詳細に説明したごとく、本発明によれば膜
の成長速度を大幅に速くすることができる。 また本発明によれば種々の特性値を持つた薄膜
を容易に製造できる。 以上の説明はアモルフアスシリコンプラズマ
CVDの原料ガスとしてSiH4を用いた場合につき
述べたが、ガス状にできるシリコンの化合物（例
えば四フツ化シリコン（SiH4））であればよい。
SiH4とSiF4をそれぞれ単独で用いても、あるい
は混合させて用いてもアモルフアスシリコンを形
成することができる。またスパツタするためのガ
スがアルゴンの場合について述べてきたが、ヘリ
ウムなどの希ガスであれば同様の効果があること
は明らかである。また水素を含むアモルフアス材
を形成する場合には、これらスパツタするための
ガスに水素をさらに加えるかあるいは水素そのも
のをスパツタガスとして用いても、よいことは言
うまでもない。ただしシラン（SiH4）を用いた
場合には水素を加えなくても水素化したアモルフ
アスシリコンを形成することができることは言う
までもない。 以上の説明はアモルフアスシリコン膜を製造す
る場合について述べたが他の物質の薄膜を製造す
る場合も同様の効果があることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を実施するのに使用する薄膜製
造装置の１例を示す断面図である。 Ｃ：反応室、Ｈ：ヒーター、Ｓ：基板、SH：
基板ホルダー、Ｄ：直流電圧源、Ｐ：排気管、
Ｇ：原料ガス導入管、Ｔ：ターゲツト、Ｍ：マグ
ネツト、CA：カソード、RF：高周波電源、
CV：排気調整バルブ。 第２図は本発明を実施した場合に反応室に発生
するプラズマ状態を示すものである。 Ａ：弱いプラズマ、Ｂ：強いプラズマ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 原料ガスとしてシラン（SiH4）および／あ
    るいは四フツ化ケイ素（SiF4）を水素および／あ
    るいはヘリウムおよび／あるいはアルゴンで希釈
    したガスを用いてマグネトロンスパツタリング法
    とプラズマCVD法とを重畳して製造することを
    特徴とするアモルフアスシリコン半導体薄膜の製
    造方法。 ２ ターゲツト表面の磁束密度を50ガウス以上と
    することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    のアモルフアスシリコン半導体薄膜の製造方法。 ３ ターゲツト材料として炭素、シリコン、ゲル
    マニウム、スズ、および又は鉛を用いることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載のアモルフア
    スシリコン半導体薄膜の製造方法。
JP58053850A 1983-03-01 1983-03-31 アモルファスシリコン半導体薄膜の製造方法 Granted JPS59179152A (ja)

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JP58053850A JPS59179152A (ja) 1983-03-31 1983-03-31 アモルファスシリコン半導体薄膜の製造方法
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JPS59179152A JPS59179152A (ja) 1984-10-11
JPS6349751B2 true JPS6349751B2 (ja) 1988-10-05

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JP (1) JPS59179152A (ja)
DE (1) DE3411702A1 (ja)
FR (1) FR2543737B1 (ja)
GB (1) GB2138450B (ja)

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