(57)【要約】【課題】高い吸収係数を有する半導体層を形成することが可能な半導体製造装置を提供する。【解決手段】この半導体製造装置（触媒ＣＶＤ装置１０）は、真空チャンバ１内に設けられ、真空チャンバ１内に供給される材料ガスを分解するための触媒体４と、真空チャンバ１内に設けられ、材料ガスが分解されることにより生成される成膜種が堆積される基板１００を保持するための基板ホルダ２と、真空チャンバ１内の触媒体４と基板１００との間に配置され、真空チャンバ１内に材料ガスを供給するためのガス供給ロッド３とを備えている。そして、ガス供給ロッド３により供給される材料ガスは、触媒体４により分解される。【選択図】図１
2006156701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に設けられ、前記チャンバ内に供給される材料ガスを分解するための発熱体と、
前記チャンバ内に設けられ、前記材料ガスが分解されることにより生成される成膜種が堆積される基板を保持するための基板ホルダと、
前記チャンバ内の前記発熱体と前記基板ホルダに保持される前記基板との間に配置され、前記チャンバ内に前記材料ガスを供給するための第１ガス供給部材とを備え、
前記第１ガス供給部材により供給される前記材料ガスは、前記発熱体により分解される、半導体製造装置。
【請求項２】
前記第１ガス供給部材は、前記材料ガスを噴出するための噴出口を少なくとも１つ有しており、
前記第１ガス供給部材の噴出口は、前記材料ガスが前記基板の表面に対して垂直な方向以外の方向に噴出されるように配置されている、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記第１ガス供給部材の噴出口は、前記材料ガスが前記基板の表面と実質的に平行な方向に噴出されるように配置されている、請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記第１ガス供給部材は、前記少なくとも１つの噴出口を各々有し、互いに対向するように配置された一対のガス噴出部を含み、
前記第１ガス供給部材の一対のガス噴出部から噴出される前記材料ガスは、前記一対のガス噴出部間の領域に向かって噴出される、請求項３に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記発熱体を挟んで前記第１ガス供給部材と対向するように配置され、前記チャンバ内に前記材料ガスを供給するための第２ガス供給部材をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記第１ガス供給部材から供給される前記材料ガスは、水素ガスとシリコン系ガスとの混合ガスであり、前記第２ガス供給部材から供給される前記材料ガスは、水素ガスである、請求項５に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置に関し、特に、チャンバ内に供給された材料ガスを分解して成膜種を生成する半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、チャンバ内に供給された材料ガスを分解して成膜種を生成する半導体製造装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。上記特許文献１には、チャンバ内に配置された触媒体によりチャンバ内に供給された材料ガスを分解する触媒ＣＶＤ（Ｃａｔ−ＣＶＤ：Ｃａｔａｌｙｔｉｃ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置が開示されている。
【０００３】
図９は、上記特許文献１に開示された従来の触媒ＣＶＤ装置の構造を示した概略図である。図９を参照して、従来の触媒ＣＶＤ装置では、真空チャンバ２０１内に、基板ホルダ２０２と、ヒータ２０３と、触媒体２０４とが設けられている。
【０００４】
基板ホルダ２０２は、基板２００を保持する機能を有する。また、ヒータ２０３は、基板ホルダ２０２の基板２００が保持される側とは反対側の表面上に配置されているとともに、真空チャンバ２０１の外部に設けられた基板加熱手段２０５に接続されている。このヒータ２０３は、基板ホルダ２０２を介して基板２００を加熱する機能を有する。また、触媒体２０４は、基板ホルダ２０２に保持される基板２００よりも上方に、かつ、基板２００の表面と対向するように配置されている。また、触媒体２０４は、真空チャンバ２０１の外部に設けられた触媒体加熱手段２０６に接続されている。この触媒体２０４は、真空チャンバ２０１内に供給される材料ガスを分解して基板２００の表面上に半導体層（図示せず）を形成するための成膜種を生成する機能を有する。また、真空チャンバ２０１の上部には、材料ガスを真空チャンバ２０１内に供給するためのガス供給口２０１ａが設けられている。すなわち、ガス供給口２０１ａは、触媒体２０４よりも上方に配置されている。また、真空チャンバ２０１の下部には、真空チャンバ２０１内を真空排気するための排気口２０１ｂが設けられている。
【０００５】
そして、図９に示した特許文献１に開示された従来の触媒ＣＶＤ装置を用いて基板２００上に半導体層（図示せず）を形成する際には、まず、排気口２０１ｂを用いて真空チャンバ２０１内を所定の圧力にするとともに、触媒体加熱手段２０６により触媒体２０４を加熱する。また、基板加熱手段２０５によりヒータ２０３の温度を上昇させることにより、基板２００を加熱する。この後、ガス供給口２０１ａから真空チャンバ２０１内に材料ガスを供給する。この際、材料ガスは、触媒体２０４よりも上方から供給されるとともに、加熱された触媒体２０４により分解されて半導体層（図示せず）を形成するための成膜種となる。そして、その成膜種が基板２００上に堆積されることによって、基板２００上に、半導体層（図示せず）が形成される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３５６７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された基板２００（基板ホルダ２０２）とガス供給口２０１ａとの間に触媒体２０４が配置される従来の触媒ＣＶＤ装置では、基板２００上に形成される半導体層（図示せず）の密度が低いために吸収係数が低くなるという不都合がある。その結果、高い吸収係数を有する半導体層を形成するのが困難であるという問題点がある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、高い吸収係数を有する半導体層を形成することが可能な半導体製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００９】
上記目的を達成するために、本願発明者が鋭意検討した結果、チャンバ内に材料ガスを供給するための第１ガス供給部材を、材料ガスを分解するための発熱体と、材料ガスが分解されることにより生成される成膜種が堆積される基板との間に配置するとともに、材料ガスが発熱体により分解されるように構成することによって、基板上に成膜種が堆積して形成される半導体層の吸収係数を高くすることができることを見出した。
【００１０】
すなわち、この発明の一の局面による半導体製造装置は、チャンバ内に設けられ、チャンバ内に供給される材料ガスを分解するための発熱体と、チャンバ内に設けられ、材料ガスが分解されることにより生成される成膜種が堆積される基板を保持するための基板ホルダと、チャンバ内の発熱体と基板ホルダに保持される基板との間に配置され、チャンバ内に材料ガスを供給するための第１ガス供給部材とを備えている。そして、第１ガス供給部材により供給される材料ガスは、発熱体により分解される。
【００１１】
この一の局面による半導体製造装置では、上記のように、チャンバ内に材料ガスを供給するための第１ガス供給部材を、材料ガスを分解するための発熱体と、材料ガスが分解されることにより生成される成膜種が堆積される基板との間に配置するとともに、材料ガスが発熱体により分解されるように構成することによって、発熱体と基板との間に材料ガスを供給することができ、かつ、その材料ガスを発熱体により分解して成膜種を生成することができるので、基板上に成膜種が堆積して形成される半導体層の密度を高くすることができると考えられる。これにより、半導体層の吸収係数を高くすることができると考えられる。この場合、その高い吸収係数を有する半導体層を、たとえば、太陽電池の光電変換層として用いれば、光電変換層での光吸収を増大させることができるので、太陽電池の出力特性を向上させることができる。
【００１２】
上記一の局面による半導体製造装置において、好ましくは、第１ガス供給部材は、材料ガスを噴出するための噴出口を少なくとも１つ有しており、第１ガス供給部材の噴出口は、材料ガスが基板の表面に対して垂直な方向以外の方向に噴出されるように配置されている。このように構成すれば、チャンバ内に供給される材料ガスが基板の表面に対して垂直な方向に向かうのを抑制することができるので、これによっても、基板上に成膜種が堆積して形成される半導体層の吸収係数を高くすることができると考えられる。
【００１３】
この場合、好ましくは、第１ガス供給部材の噴出口は、材料ガスが基板の表面と実質的に平行な方向に噴出されるように配置されている。このように構成すれば、チャンバ内に供給される材料ガスが基板の表面に直接向かうのを抑制することができるので、これによっても、基板上に成膜種が堆積して形成される半導体層の吸収係数を高くすることができると考えられる。
【００１４】
上記材料ガスが基板の表面と実質的に平行な方向に噴出されるように噴出口が配置される半導体製造装置において、好ましくは、第１ガス供給部材は、少なくとも１つの噴出口を各々有し、互いに対向するように配置された一対のガス噴出部を含み、第１ガス供給部材の一対のガス噴出部から噴出される材料ガスは、一対のガス噴出部間の領域に向かって噴出される。このように構成すれば、容易に、基板の表面と実質的に平行な方向に材料ガスを噴出することができる。
【００１５】
上記一の局面による半導体製造装置において、好ましくは、発熱体を挟んで第１ガス供給部材と対向するように配置され、チャンバ内に材料ガスを供給するための第２ガス供給部材をさらに備える。このように構成すれば、第２ガス供給部材から少量の材料ガスをチャンバ内に供給することにより、チャンバ内に供給される材料ガスの供給量を微調整することができる。
【００１６】
この場合、好ましくは、第１ガス供給部材から供給される材料ガスは、水素ガスとシリコン系ガスとの混合ガスであり、第２ガス供給部材から供給される材料ガスは、水素ガスである。このように構成すれば、チャンバ内に供給される材料ガスとしての水素ガスの供給量を容易に微調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態による触媒ＣＶＤ装置（半導体製造装置）の構造を示した概略図である。図２および図３は、図１に示した一実施形態による触媒ＣＶＤ装置のガス供給ロッドを示した斜視図である。まず、図１〜図３を参照して、本実施形態による触媒ＣＶＤ装置１０の構造について説明する。
【００１９】
本実施形態による触媒ＣＶＤ装置１０では、図１に示すように、真空チャンバ１内に、基板ホルダ２と、ガス供給ロッド３と、触媒体（フィラメント）４と、ガス供給プレート５とが設けられている。なお、真空チャンバ１は、本発明の「チャンバ」の一例であり、触媒体４は、本発明の「発熱体」の一例である。また、ガス供給ロッド３およびガス供給プレート５は、それぞれ、本発明の「第１ガス供給部材」および「第２ガス供給部材」の一例である。
【００２０】
基板ホルダ２は、基板１００を保持するとともに、図示しない内蔵されたヒータにより基板１００を加熱する機能を有する。また、ガス供給ロッド３は、基板１００の表面上に形成される半導体層（図示せず）の成膜種となる材料ガスを真空チャンバ１内に供給する機能を有する。このガス供給ロッド３は、図１〜図３に示すように、互いに対向するように配置された一対のガス噴出部３ａと、一対のガス噴出部３ａの一方の端部を連結するガス噴出部３ｂとを含むＵ字形状を有する。このガス噴出部３ａおよび３ｂは、約６．３５ｍｍの直径Ｄ（図２および図３参照）を有するステンレス管からなる。また、図２および図３に示すように、ガス噴出部３ａおよび３ｂには、約５ｍｍ以下の直径を有する複数の噴出口３ｃが形成されている。この複数の噴出口３ｃは、約５ｍｍのピッチ（中心間距離）Ｐで配置されている。そして、ガス供給ロッド３により真空チャンバ１（図１参照）内に材料ガスを供給する際には、複数の噴出口３ｃから材料ガスが噴出される。
【００２１】
ここで、本実施形態では、図２および図３に示すように、ガス噴出部３ａおよび３ｂに形成された複数の噴出口３ｃは、一対のガス噴出部３ａ間の領域に向かって材料ガスが噴出されるように配置されている。また、図１に示すように、ガス供給ロッド３は、複数の噴出口３ｃから噴出される材料ガスの噴出方向（Ａ方向）が、基板１００の表面に対して実質的に平行になるように配置されている。
【００２２】
また、触媒体４は、高純度タングステン線からなるとともに、真空チャンバ１の外部に設けられた電源６に接続されている。この触媒体４は、ガス供給ロッド３から真空チャンバ１内に供給される材料ガスを分解して基板１００の表面上に半導体層（図示せず）を形成するための成膜種を生成する機能を有する。また、ガス供給プレート５は、ガス供給ロッド３と同様、基板１００の表面上に形成される半導体層の成膜種となる材料ガスを真空チャンバ１内に供給する機能を有する。このガス供給プレート５は、ステンレス製のプレートからなるとともに、約５ｍｍ以下の直径を有する複数の噴出口５ｂが形成されたガス噴出部５ａを含む。また、ガス噴出部５ａを含むガス供給プレート５は、複数の噴出口５ｂから噴出される材料ガスの噴出方向（Ｂ方向）が、基板１００の表面に対して実質的に垂直になるように配置されている。また、ガス供給プレート５から真空チャンバ１内に供給される材料ガスは、触媒体４により分解されて基板１００の表面上に半導体層を形成するための成膜種に生成される。
【００２３】
ここで、本実施形態では、基板１００（基板ホルダ２）、ガス供給ロッド３、触媒体４およびガス供給プレート５が、真空チャンバ１内の上部側から下部側に向かってこの順番で配置されている。すなわち、本実施形態では、基板１００と触媒体４との間に、ガス供給ロッド３が配置されているとともに、触媒体４を挟んでガス供給ロッド３と対向するように、ガス供給プレート５が配置されている。また、基板１００の基板ホルダ２とは反対側の表面からガス供給ロッド３の噴出口３ｃの中心までの距離Ｌ１（図１参照）は、約１０ｍｍ〜約１００ｍｍに設定されている。また、基板１００の基板ホルダ２とは反対側の表面から触媒体４までの距離Ｌ２は、約３０ｍｍ〜約１２０ｍｍに設定されている。また、基板１００の基板ホルダ２とは反対側の表面からガス供給プレート５の基板１００側の表面までの距離Ｌ３は、約１３０ｍｍ〜約２２０ｍｍに設定されている。
【００２４】
また、真空チャンバ１の側面の基板１００と触媒体４との間に対応する領域には、真空チャンバ１内を真空排気するための排気口１ａが設けられている。
【００２５】
本実施形態では、上記のように、真空チャンバ１内に材料ガスを供給するためのガス供給ロッド３を、材料ガスを分解するための触媒体４と、材料ガスが分解されることにより生成される成膜種が堆積される基板１００との間に配置するとともに、材料ガスが触媒体４により分解されるように構成することによって、触媒体４と基板１００との間に材料ガスを供給することができ、かつ、その材料ガスを触媒体４により分解して成膜種を生成することができるので、基板１００上に成膜種が堆積して形成される半導体層の密度を高くすることができると考えられる。これにより、半導体層の吸収係数を高くすることができると考えられる。
【００２６】
また、本実施形態では、ガス供給ロッド３を、ガス供給ロッド３の複数の噴出口３ｃから噴出される材料ガスの噴出方向（Ａ方向）が基板１００の表面に対して実質的に平行になるように配置することによって、真空チャンバ１内に供給される材料ガスが基板１００の表面に直接向かうのを抑制することができるので、これによっても、基板１００上に成膜種が堆積して形成される半導体層の吸収係数を高くすることができると考えられる。この場合、ガス供給ロッド３を、互いに対向するように配置された一対のガス噴出部３ａと、一対のガス噴出部３ａの一方の端部を連結するガス噴出部３ｂとを含むように構成するとともに、ガス噴出部３ａおよび３ｂの材料ガスが噴出される複数の噴出口３ｃを、一対のガス噴出部３ａ間の領域に向かって材料ガスが噴出されるように配置することによって、容易に、真空チャンバ１内に供給される材料ガスが基板１００の表面に直接向かうのを抑制することができる。
【００２７】
また、本実施形態では、触媒体４を挟んでガス供給ロッド３と対向するように、真空チャンバ１内に材料ガスを供給するためのガス供給プレート５を設けることによって、ガス供給プレート５から少量の材料ガスを真空チャンバ１内に供給することにより、真空チャンバ１内に供給される材料ガスの供給量を微調整することができる。
【実施例】
【００２８】
（実施例）
図４は、本発明の一実施形態による触媒ＣＶＤ装置を用いて実際に形成した半導体層（光電変換層）を含む実施例による太陽電池の構造を示した断面図である。図１および図４を参照して、本発明の一実施形態による触媒ＣＶＤ装置１０を用いて実際に形成した半導体層（光電変換層１４）を含む実施例による太陽電池１１０について説明する。
【００２９】
［太陽電池の作製］
まず、図４に示すように、スパッタリング法（スパッタリング装置（図示せず））を用いて、ガラス基板１１上に、１μｍの厚みを有するＡｇ膜からなる裏面電極１２を形成した。この後、高周波プラズマＣＶＤ法を用いて、裏面電極１２上に、５０ｎｍの厚みを有するｎ型の非晶質Ｓｉ層からなるｎ型層１３を形成した。このｎ型層１３を形成する際には、基板温度、高周波電力および反応圧力を、それぞれ、２００℃、１０Ｗおよび３９．９Ｐａに設定した。また、ｎ型層１３を形成する際には、ＳｉＨ４ガスと、ＰＨ３が１％含有されたＨ２ベースのＰＨ３ガスと、Ｈ２ガスとを用いた。また、ＳｉＨ４ガス、ＰＨ３ガスおよびＨ２ガスの流量は、それぞれ、２０ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍおよび２０ｓｃｃｍに設定した。
【００３０】
次に、本実施例では、図１に示した触媒ＣＶＤ装置１０を用いて、ｎ型層１３上に、１．２μｍの厚みを有するノンドープの微結晶シリコン層からなる光電変換層１４を形成した。この光電変換層１４を形成する際には、基板温度、触媒体温度および反応圧力を、それぞれ、２００℃、１７００℃および０．２Ｐａに設定した。また、光電変換層１４を形成する際には、ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスとの混合ガスからなる材料ガスを、ガス供給ロッド３を介して真空チャンバ１内に供給した。ガス供給ロッド３を介して供給されるＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの流量は、それぞれ、５ｓｃｃｍおよび５０ｓｃｃｍに設定した。さらに、本実施例では、光電変換層１４を形成する際に、Ｈ２ガスからなる材料ガスを、ガス供給プレート５を介して真空チャンバ１内に供給した。ガス供給プレート５を介して供給されるＨ２ガスの流量は、１０ｓｃｃｍに設定した。
【００３１】
ここで、本実施例の光電変換層１４の具体的な作製プロセスとしては、まず、図１に示した触媒ＣＶＤ装置１０の基板ホルダ２に、ガラス基板１１上に裏面電極１２およびｎ型層１３が順次形成された構造体（基板１００）を、ｎ型層１３のガラス基板１１とは反対側の表面が下方に向くように配置した。そして、ｎ型層１３（基板１００）の基板ホルダ２とは反対側の表面からガス供給ロッド３の噴出口３ｃの中心までの距離Ｌ１を、３０ｍｍに設定した。また、ｎ型層１３（基板１００）の基板ホルダ２とは反対側の表面から触媒体４までの距離Ｌ２を、５０ｍｍに設定した。また、ｎ型層１３（基板１００）の基板ホルダ２とは反対側の表面からガス供給プレート５のｎ型層１３（基板１００）側の表面までの距離Ｌ３を、１５０ｍｍに設定した。
【００３２】
次に、排気口１ａを用いて真空チャンバ１内を０．２Ｐａの圧力にするとともに、電源６から１５Ａの電流を流すことにより高純度タングステン線からなる触媒体４を１７００℃に加熱した。この後、ＳｉＨ４ガス（流量：５ｓｃｃｍ）とＨ２ガス（流量：５０ｓｃｃｍ）との混合ガスからなる材料ガスを、ｎ型層１３（基板１００）と触媒体４との間に配置されたガス供給ロッド３を介して真空チャンバ１内に供給した。さらに、Ｈ２ガス（流量：１０ｓｃｃｍ）からなる材料ガスを、触媒体４の下方に配置されたガス供給プレート５を介して真空チャンバ１内に供給した。この際、ｎ型層１３（基板１００）の基板ホルダ２とは反対側の表面に対して実質的に平行な方向（Ａ方向）に、ガス供給ロッド３の噴出口３ｃから材料ガス（ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスとの混合ガス）が噴出されるとともに、ｎ型層１３（基板１００）の基板ホルダ２とは反対側の表面に対して実質的に垂直な方向（Ｂ方向）に、ガス供給プレート５の噴出口５ｂから材料ガス（Ｈ２ガス）が噴出される。また、加熱された触媒体４により材料ガスが分解されてＳｉＨ３などの成膜種が生成される。なお、ＳｉＨ３などの成膜種は、材料ガス分子（ＳｉＨ４およびＨ２）が分解されて活性種が生成された後、その活性種同士、または、活性種と材料ガス分子（ＳｉＨ４およびＨ２）とにより２次的な気相反応が生じることによって生成される。そして、上記のように生成された成膜種がｎ型層１３（基板１００）の基板ホルダ２とは反対側の表面上に堆積されることによって、ｎ型層１３上に、１．２μｍの厚みを有するノンドープの微結晶シリコン層からなる光電変換層１４が形成された。このようにして、実施例の光電変換層１４を形成した。
【００３３】
次に、図４に示すように、高周波プラズマＣＶＤ法（高周波プラズマＣＶＤ装置（図示せず））を用いて、光電変換層１４上に、１０ｎｍの厚みを有するｐ型の非晶質ＳｉＣ層からなるｐ型層１５を形成した。このｐ型層１５を形成する際には、基板温度、高周波電力および反応圧力を、それぞれ、２００℃、１０Ｗおよび３９．９Ｐａに設定した。また、ｐ型層１５を形成する際には、ＳｉＨ４ガスと、ＣＨ４ガスと、Ｂ２Ｈ６が１％含有されたＨ２ベースのＢ２Ｈ６ガスとを用いた。また、ＳｉＨ４ガス、ＣＨ４ガスおよびＢ２Ｈ６ガスの流量は、それぞれ、１０ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍおよび１０ｓｃｃｍに設定した。
【００３４】
次に、スパッタリング法（スパッタリング装置（図示せず））を用いて、ｐ型層１５上に、７００ｎｍの厚みを有するＩＴＯ（酸化インジウム錫）膜からなる透明導電膜１６を形成した。この後、真空蒸着法（真空蒸着装置（図示せず））を用いて、透明導電膜１６上の所定領域に、２μｍの厚みを有するＡｇ膜からなる集電極１７を形成した。このようにして、触媒ＣＶＤ装置１０を用いて形成した光電変換層１４を含む実施例による太陽電池１１０を作製した。
【００３５】
（比較例）
図５は、比較例による触媒ＣＶＤ装置の構造を示した概略図である。図６は、比較例による触媒ＣＶＤ装置を用いて実際に形成した半導体層（光電変換層）を含む比較例の太陽電池の構造を示した断面図である。図５および図６を参照して、比較例による触媒ＣＶＤ装置２０を用いて実際に形成した半導体層（光電変換層２４）を含む比較例の太陽電池１２０について説明する。
【００３６】
［太陽電池の作製］
まず、図５に示すように、比較例による触媒ＣＶＤ装置２０の構造としては、図１に示した一実施形態による触媒ＣＶＤ装置１０の構造において、基板１００と触媒体４との間にガス供給ロッド３が設けられていない構造を有する。なお、比較例による触媒ＣＶＤ装置２０のその他の構造は、図１に示した一実施形態による触媒ＣＶＤ装置１０の構造と同様である。
【００３７】
次に、比較例の太陽電池１２０の作製プロセスとしては、まず、図６に示すように、図４に示した実施例の太陽電池１１０の作製プロセスと同様の作製プロセスを用いて、ガラス基板１１上に、裏面電極１２およびｎ型層１３を順次形成した。
【００３８】
この後、この比較例では、図５に示した比較例による触媒ＣＶＤ装置２０を用いて、ｎ型層１３上に、１．２μｍの厚みを有するノンドープの微結晶シリコン層からなる光電変換層２４を形成した。この光電変換層２４を形成する際には、基板温度、触媒体温度および反応圧力を、それぞれ、２００℃、１７００℃および０．２Ｐａに設定した。また、光電変換層２４を形成する際には、ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスとの混合ガスからなる材料ガスを、ガス供給プレート５を介して真空チャンバ１内に供給した。ガス供給プレート５を介して供給されるＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの流量は、それぞれ、５ｓｃｃｍおよび５０ｓｃｃｍに設定した。なお、比較例の光電変換層２４を形成する際にガス供給プレート５から供給される材料ガスの流量は、上記実施例の光電変換層１４を形成する際にガス供給ロッド３から供給される材料ガスの流量と同じである。
【００３９】
この比較例の光電変換層２４の具体的な作製プロセスとしては、まず、図５に示した触媒ＣＶＤ装置２０の基板ホルダ２に、ガラス基板１１上に裏面電極１２およびｎ型層１３が順次形成された構造体（基板１００）を、ｎ型層１３のガラス基板１１とは反対側の表面が下方に向くように配置した。そして、ｎ型層１３（基板１００）の基板ホルダ２とは反対側の表面から触媒体４までの距離Ｌ４を、５０ｍｍに設定した。また、ｎ型層１３（基板１００）の基板ホルダ２とは反対側の表面からガス供給プレート５のｎ型層１３（基板１００）側の表面までの距離Ｌ５を、１５０ｍｍに設定した。
【００４０】
次に、排気口１ａを用いて真空チャンバ１内を０．２Ｐａの圧力にするとともに、電源６から１５Ａの電流を流すことにより触媒体４を１７００℃に加熱した。この後、ＳｉＨ４ガス（流量：５ｓｃｃｍ）とＨ２ガス（流量：５０ｓｃｃｍ）との混合ガスからなる材料ガスを、触媒体４の下方に配置されたガス供給プレート５を介して真空チャンバ１内に供給した。この際、ｎ型層１３（基板１００）の基板ホルダ２とは反対側の表面に対して実質的に垂直な方向（Ｂ方向）に、ガス供給プレート５の噴出口５ｂから材料ガスが噴出される。また、加熱された触媒体４により材料ガスが分解されてＳｉＨ３などの成膜種が生成される。そして、上記のように生成された成膜種がｎ型層１３（基板１００）の基板ホルダ２とは反対側の表面上に堆積されることによって、ｎ型層１３上に、１．２μｍの厚みを有するノンドープの微結晶シリコン層からなる光電変換層２４が形成された。このようにして、比較例の光電変換層２４を形成した。
【００４１】
次に、図４に示した実施例の太陽電池１１０の作製プロセスと同様の作製プロセスを用いて、光電変換層２４上に、ｐ型層１５、透明導電膜１６および集電極１７を順次形成した。このようにして、触媒ＣＶＤ装置２０を用いて形成した光電変換層２４を含む比較例の太陽電池１２０を作製した。
【００４２】
（実施例および比較例共通）
［出力特性実験］
次に、上記のようにして作製した実施例および比較例の太陽電池１１０および１２０について、短絡電流を測定した。なお、この出力特性実験は、光スペクトル：ＡＭ１．５、光強度：０．１Ｗ／ｃｍ２および温度：２５℃の擬似太陽光照射条件下で行った。ここで、ＡＭ（Ａｉｒ  Ｍａｓｓ）とは、地球大気に入射する直達太陽光が通過する路程の標準状態の大気（標準気圧１０１３ｈＰａ）に垂直に入射した場合の路程に対する比である。
【００４３】
実施例および比較例の太陽電池１１０および１２０の短絡電流を測定したところ、実施例の太陽電池１１０の短絡電流値は、比較例の太陽電池１２０の短絡電流値に対して７８％高くなることが判明した。これは、基板１００と触媒体４との間にガス供給ロッド３が配置された触媒ＣＶＤ装置１０を用いて形成された実施例の光電変換層（微結晶シリコン層）１４の方が、基板１００と触媒体４との間にガス供給ロッド３が設けられていない触媒ＣＶＤ装置２０を用いて形成された光電変換層（微結晶シリコン層）２４よりも密度が高いために吸収係数が高くなったためであると考えられる。
【００４４】
本実施例では、上記のように、基板１００と触媒体４との間にガス供給ロッド３が配置された触媒ＣＶＤ装置１０を用いて光電変換層（微結晶シリコン層）１４を形成することによって、光電変換層（微結晶シリコン層）１４の密度を高くすることができるので、光電変換層１４の吸収係数を高くすることができると考えられる。これにより、光電変換層１４を含む太陽電池１１０において、光電変換層１４での光吸収を増大させることができるので、太陽電池１１０の出力特性を向上させることができる。
【００４５】
また、本実施例では、上記のように、ガス供給ロッド３からＳｉＨ４ガス（流量：５ｓｃｃｍ）とＨ２ガス（流量：５０ｓｃｃｍ）との混合ガスからなる材料ガスを供給する際に、ガス供給プレート５から少量のＨ２ガス（流量：１０ｓｃｃｍ）からなる材料ガスを供給することによって、真空チャンバ１内に供給される材料ガスとしてのＨ２ガスの供給量を容易に微調整することができる。
【００４６】
［微結晶シリコン層（光電変換層）の吸収係数および屈折率の測定］
次に、上記した実施例および比較例の光電変換層１４および２４の各々に対応する微結晶シリコン層の吸収係数および屈折率を測定するために、図７に示すようなガラス基板３１上に微結晶シリコン層３２が形成されたサンプル３０を作製した。
【００４７】
具体的には、図１に示した一実施形態による触媒ＣＶＤ装置１０を用いて形成された微結晶シリコン層３２を含む実施例に対応するサンプル３０と、図５に示した比較例による触媒ＣＶＤ装置２０を用いて形成された微結晶シリコン層３２を含む比較例に対応するサンプル３０とを作製した。なお、実施例および比較例の各々に対応する微結晶シリコン層３２を形成する際には、上記した実施例および比較例の光電変換層１４および２４の各々の形成条件と同じ形成条件を用いた。すなわち、実施例および比較例の各々に対応する微結晶シリコン層３２を形成する際には、基板温度、触媒体温度および反応圧力を、それぞれ、２００℃、１７００℃および０．２Ｐａに設定した。また、実施例に対応する微結晶シリコン層３２を形成する際には、ＳｉＨ４ガス（５ｓｃｃｍ）とＨ２ガス（５０ｓｃｃｍ）との混合ガスからなる材料ガスを、ガス供給ロッド３を介して真空チャンバ１内に供給するとともに、Ｈ２ガス（１０ｓｃｃｍ）からなる材料ガスを、ガス供給プレート５を介して真空チャンバ１内に供給した。また、比較例に対応する微結晶シリコン層３２を形成する際には、ＳｉＨ４ガス（５ｓｃｃｍ）とＨ２ガス（５０ｓｃｃｍ）との混合ガスからなる材料ガスを、ガス供給プレート５を介して真空チャンバ１内に供給した。
【００４８】
そして、実施例および比較例の各々に対応する微結晶シリコン層３２について、吸収係数を測定した。なお、吸収係数は、微結晶シリコン層３２の透過率と反射率とから算出することができる。このことは、たとえば、「ＪＡＰＡＮＥＳＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ」  Ｖｏｌ．３０、Ｎｏ．５、Ｍａｙ、１９９１、ｐｐ．１００８−１０１４に開示されている。また、微結晶シリコン層３２の透過率および反射率は、分光光度計を用いて測定した。
【００４９】
図８は、波長と吸収係数比との関係を示したグラフである。なお、図８の縦軸の吸収係数比とは、比較例に対応する微結晶シリコン層３２の吸収係数に対する実施例に対応する微結晶シリコン層３２の吸収係数の比率である。図８を参照して、４４０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長領域の光において、吸収係数比は１よりも大きくなり、実施例に対応する微結晶シリコン層３２の吸収係数は、比較例に対応する微結晶シリコン層３２の吸収係数よりも高くなることが判明した。特に、太陽電池の光電変換層として微結晶シリコン層を用いる場合に光電変換されやすい４４０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長領域の光では、実施例に対応する微結晶シリコン層３２の吸収係数は、比較例に対応する微結晶シリコン層３２の吸収係数の１．５倍以上になることが判明した。
【００５０】
この結果から、基板１００と触媒体４との間にガス供給ロッド３が配置された触媒ＣＶＤ装置１０を用いて光電変換層（微結晶シリコン層）１４を形成することによって、光電変換層１４における４４０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長領域の光の吸収が増大するので、その光電変換層１４を含む太陽電池１１０の短絡電流を増大させることができることが確認できた。
【００５１】
次に、上記した実施例および比較例の各々に対応する微結晶シリコン層３２について屈折率を測定した結果、実施例に対応する微結晶シリコン層３２の屈折率は、３．２５であり、比較例に対応する微結晶シリコン層３２の屈折率は、２．６８であった。ここで、微結晶シリコンの物性値としての屈折率が３．３であるので、実施例に対応する微結晶シリコン層３２の屈折率（３．２５）の方が、比較例に対応する微結晶シリコン層３２の屈折率（２．６８）よりも物性値（３．３）に近くなることが判明した。
【００５２】
また、上記した実施例および比較例の光電変換層１４および２４の各々の形成条件とは異なる形成条件を用いて形成した微結晶シリコン層３２についても屈折率を測定した。具体的には、実施例および比較例の各々に対応する微結晶シリコン層３２を形成する際に、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの流量を、それぞれ、１２ｓｃｃｍおよび１２０ｓｃｃｍに変更した。なお、その他の形成条件は、上記した実施例および比較例の光電変換層１４および２４の各々の形成条件と同じ形成条件に設定した。そして、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの各々の流量を１２ｓｃｃｍおよび１２０ｓｃｃｍに変更した場合において、実施例に対応する微結晶シリコン層３２の屈折率は、３．３３であり、比較例に対応する微結晶シリコン層３２の屈折率は、２．９３であった。このように形成条件（ガス流量）を変更した場合にも、実施例に対応する微結晶シリコン層３２の屈折率（３．３３）の方が、比較例に対応する微結晶シリコン層３２の屈折率（２．９３）よりも物性値（３．３）に近くなることが判明した。
【００５３】
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５４】
たとえば、上記実施形態および実施例では、触媒体と基板との間に配置される第１ガス供給部材として、互いに対向するように配置された一対のガス噴出部３ａと、一対のガス噴出部３ａの一方の端部を連結するガス噴出部３ｂとを含むＵ字形状のガス供給ロッド３を用いたが、本発明はこれに限らず、第１ガス供給部材としては、触媒体と基板との間に配置されていれば、ガス供給ロッド３以外のたとえば環状の構造を有していてもよい。
【００５５】
また、上記実施形態および実施例では、触媒体と基板との間に配置されるガス供給ロッドの噴出口から噴出されるガスの噴出方向が、基板の表面に対して実質的に平行になるように構成したが、本発明はこれに限らず、触媒体と基板との間に配置されるガス供給ロッドの噴出口から噴出されるガスの噴出方向が、基板の表面に対して平行でなくてもよい。この場合、触媒体と基板との間に配置されるガス供給ロッドの噴出口から噴出されるガスの噴出方向は、基板の表面に対して垂直な方向以外になるようにするのが好ましい。
【００５６】
また、上記実施形態および実施例では、触媒体を挟んでガス供給ロッドと対向するようにガス供給プレートを配置したが、本発明はこれに限らず、触媒体を挟んでガス供給ロッドと対向するガス供給プレートを設けなくてもよい。
【００５７】
また、上記実施例では、基板の基板ホルダとは反対側の表面からガス供給ロッドの噴出口の中心までの距離を３０ｍｍに設定したが、本発明はこれに限らず、基板の基板ホルダとは反対側の表面からガス供給ロッドの噴出口の中心までの距離が、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内であればよい。
【００５８】
また、上記実施例では、触媒体の下方に配置されたガス供給プレートから材料ガスとしてのＨ２ガスのみを供給したが、本発明はこれに限らず、触媒体の下方に配置されたガス供給プレートから材料ガスとしてのＳｉＨ４ガスのみを供給してもよい。また、触媒体の下方に配置されたガス供給プレートから材料ガスとしてのＳｉＨ４ガスとＨ２ガスとの混合ガスを供給してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態による触媒ＣＶＤ装置（半導体製造装置）の構造を示した概略図である。
【図２】図１に示した一実施形態による触媒ＣＶＤ装置のガス供給ロッドを示した斜視図である。
【図３】図１に示した一実施形態による触媒ＣＶＤ装置のガス供給ロッドを示した斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による触媒ＣＶＤ装置を用いて実際に形成した半導体層（光電変換層）を含む実施例による太陽電池の構造を示した断面図である。
【図５】比較例による触媒ＣＶＤ装置の構造を示した概略図である。
【図６】比較例による触媒ＣＶＤ装置を用いて実際に形成した半導体層（光電変換層）を含む比較例の太陽電池の構造を示した断面図である。
【図７】微結晶シリコン層（光電変換層）の吸収係数および屈折率の測定を行うために作製したサンプルの断面図である。
【図８】波長と吸収係数比との関係を示したグラフである。
【図９】従来の触媒ＣＶＤ装置の構造を示した概略図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  真空チャンバ（チャンバ）
２  基板ホルダ
３  ガス供給ロッド（第１ガス供給部材）
３ａ  ガス噴出部
３ｃ  噴出口
４  触媒体（発熱体）
５  ガス供給プレート（第２ガス供給部材）
１０  触媒ＣＶＤ装置（半導体製造装置）
１００  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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