(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内に導入されたＳｉ系ガスと非Ｓｉ系ガスからなる原料ガスをプラズマで活性化させてこの原料ガス中の成分を被着基板上に堆積させるプラズマＣＶＤ法において、
前記Ｓｉ系ガスの導入経路と前記非Ｓｉ系ガスの導入経路とが分離されて各々シャワー電極の噴射孔に接続され、
前記非Ｓｉ系ガスの導入経路に熱触媒体が配設され、そして
前記Ｓｉ系ガスおよび前記非Ｓｉ系ガスを、それぞれの導入経路を通過させてシャワー電極の噴出孔により噴出させ、そしてプラズマで活性化させることを特徴とするプラズマＣＶＤ法。
【請求項２】
チャンバー内に導入されたＳｉ系ガスと非Ｓｉ系ガスからなる原料ガスをプラズマで活性化させてこの原料ガス中の成分を被着板上に堆積させるプラズマＣＶＤ装置において、
前記Ｓｉ系ガスの導入経路と前記非Ｓｉ系ガスの導入経路とが分離されて各々シャワー電極の噴射孔に接続され、
前記非Ｓｉ系ガスの導入経路に、熱触媒体が配設され、そして
前記Ｓｉ系ガスおよび前記非Ｓｉ系ガスを、それぞれの導入経路を通過させてシャワー電極の噴出孔により噴出させ、そしてプラズマで活性化させるようにしたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマＣＶＤ法およびそれに用いる装置に関し、特に太陽電池や電界効果トランジスタ等の薄膜多結晶Ｓｉデバイスを製造するためのプラズマＣＶＤ法およびそれに用いる装置に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池に代表される薄膜多結晶Ｓｉデバイスを低コストで製造するには、多結晶Ｓｉ膜をガラス基板等の低コスト基板上に６００℃程度以下の比較的低温度下で、高速に形成する技術が必要である。これに対する製膜方法としては、従来より、主にプラズマＣＶＤ法と触媒ＣＶＤ法とが研究開発されてきている。
【０００３】
従来のプラズマＣＶＤ装置を図３に示す。図３中、１１はチャンバー、１２はシャワー電極、１３は基板加熱ヒーター、１４は原料ガス導入管、１５は基板、１６は真空ポンプ、１７は高周波発生源である。このような装置を用いたプラズマＣＶＤ法では、従来より１３．５ＭＨｚの高周波電源１７をプラズマ発生源に使うことが多かったが、この周波数帯では、太陽電池用多結晶Ｓｉ膜を製膜するには大量の水素で希釈する必要があり、この条件では高速製膜は望めなかった。
【０００４】
高周波パワーを上げれば製膜速度は上昇させることができるが、パワー増大に応じて膜のプラズマダメージが大きくなるため、欠陥密度が低い高品質な多結晶Ｓｉ膜の形成は困難であった。
【０００５】
上記に対し、近年になって、4０ＭＨｚや１００ＭＨｚといったＶＨＦ帯の高周波電源を用いることでプラズマダメージの少ない高品質な薄膜多結晶Ｓｉ膜が比較的高速に形成できることが見出され、薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池への応用技術開発が活発になってきている（J.Meier et al, Technical digest of 11th PVSEC(1999) p.221, O. Vetterl et al, Technical digest of 11th PVSEC(1999)p.233）。
【０００６】
しかし、高周波電源を高周波化するにつれて、大面積化が困難となってくるという問題があり、大面積製膜を必要とする太陽電池製膜技術として用いるには依然として問題があった。
【０００７】
また、従来の触媒ＣＶＤ装置を図４に示す。図４中、１１はチャンバー、１３は基板加熱ヒーター、１４は原料ガス導入管、１５は基板、１６は真空ポンプ、１８は熱触媒体である。このような装置を用いた触媒ＣＶＤ法（＝Ｃａｔ−ＣＶＤ法；ホットワイヤーＣＶＤ法（ＨＷ−ＣＶＤ法）も同一原理）では、原料ガス１４の活性化はタングステン等の熱触媒体１８によって行うので、プラズマＣＶＤ法で問題となるプラズマダメージは原理的に存在せず、また、熱触媒体１８による原料ガス１４の活性化効率も高いので比較的容易に高速製膜を行うことができ、さらに、大面積化に対しては原理的な制約が無いので、近年になって、太陽電池用薄膜多結晶Ｓｉ膜の製膜技術として注目を集めつつある（H. Matsumura, Jpn. J. Appl. Phys. 37(1998)3175-3187, R. E. I. Schropp et al, Technical digest of 11th PVSEC(1999)p.929-930）。
【０００８】
しかし、現状では、Ｓｉ膜を製膜する際の原料ガスとなるＳｉＨ4やＳｉ2Ｈ6等のＳｉ系原料ガス１４と熱触媒体１８との化合反応（シリサイド形成）を防止するために、熱触媒体１８を１６００℃程度以上にする必要があり、これに伴っての残留ガス圧の上昇や、熱触媒体１８中の不純物成分の蒸発や雰囲気ガスとの反応気化等によって多結晶Ｓｉ膜中への不純物混入が生じやすいという問題があった。
【０００９】
また、熱触媒体１８による熱輻射によって基板１５の温度が製膜中に上昇し、基板１５の温度制御が困難であるという問題もある。
【００１０】
さらに、この方法では、製膜種の熱運動エネルギーが大きく、比較的低温度下においても高い結晶化率の多結晶Ｓｉ膜を高速に形成できるものの、製膜種の電子温度がプラズマＣＶＤ法でのそれよりも低いために、製膜種と製膜表面原子との結合反応が弱く、欠陥密度が低い高品質な膜が得られにくいという問題もある。
【００１１】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みて案出されたものであり、高速製膜が困難であったり、プラズマダメージが大きかったり、大面積化が困難であるという従来のプラズマＣＶＤ法の問題点を解消するとともに、基板の温度制御が困難であったり、欠陥密度が低い高品質な膜が得られにくいという従来の触媒ＣＶＤ法の問題点を解消したプラズマＣＶＤ法およびそれに用いる装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係るプラズマＣＶＤ法では、チャンバー内に導入されたＳｉ系ガスと非Ｓｉ系ガスからなる原料ガスをプラズマで活性化させてこの原料ガス中の成分を被着基板上に堆積させるプラズマＣＶＤ法において、前記Ｓｉ系ガスの導入経路と前記非Ｓｉ系ガスの導入経路とが分離されて各々シャワー電極の噴射孔に接続され、前記非Ｓｉ系ガスの導入経路に熱触媒体が配設され、そして前記Ｓｉ系ガスおよび前記非Ｓｉ系ガスを、それぞれの導入経路を通過させてシャワー電極の噴出孔により噴出させ、そしてプラズマで活性化させることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２に係るプラズマＣＶＤ装置では、チャンバー内に導入されたＳｉ系ガスと非Ｓｉ系ガスからなる原料ガスをプラズマで活性化させてこの原料ガス中の成分を被着板上に堆積させるプラズマＣＶＤ装置において、前記Ｓｉ系ガスの導入経路と前記非Ｓｉ系ガスの導入経路とが分離されて各々シャワー電極の噴射孔に接続され、前記非Ｓｉ系ガスの導入経路に熱触媒体が配設され、そして前記Ｓｉ系ガスおよび前記非Ｓｉ系ガスを、それぞれの導入経路を通過させてシャワー電極の噴出孔により噴出させ、そしてプラズマで活性化させるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るプラズマＣＶＤ法およびプラズマＣＶＤ装置の実施形態を説明する。図１は請求項１に係るプラズマＣＶＤ法に用いるプラズマＣＶＤ装置を示す図であり、１はチャンバー、２はシャワー電極、３は基板加熱ヒータ、４は原料ガス導入管、６は真空ポンプ、７は高周波発生装置、８は熱触媒体である。
【００１８】
装置の基本構造は従来の平行平板型（容量型）のプラズマＣＶＤ装置と同様であり、シャワー電極２には原料ガス配管４と高周波電源７が接続されており、排気系には真空ポンプ６が、基板ホルダー（不図示）には基板加熱用ヒーター３が設置されている。
【００１９】
原料ガス導入管４から導入される原料ガスには、Ｓｉ系ガスとしてはＳｉＨ4やＳｉ2Ｈ6等を、非Ｓｉ系ガスとしての希釈ガスにはＨ2やＣｌ2等を、ｐ型ドーピングガスにはＢ2Ｈ6等を、ｎ型ドーピングガスにはＰＨ3等を用いる。
【００２０】
排気系の真空ポンプ６には膜中への排気系からの不純物混入を抑制するためにターボ分子ポンプ等のドライ系の真空ポンプ６を設置することが望ましい。到達真空度は少なくとも１×１０-3Ｐａ以下とし、１×１０-4Ｐａ以下とすればより望ましい。製膜時の圧力は１０〜１０００Ｐａ程度の範囲とする。
【００２１】
高周波電源７の周波数としては、メートル角サイズ程度以上の大面積製膜を行う場合には従来からの１３．５ＭＨｚを用いるのが望ましいが、特に大面積製膜にこだわらない限り4０ＭＨｚや１００ＭＨｚ程度以上のＶＨＦ帯の高周波電源７を使っても製膜は問題なく行うことができる。
【００２２】
熱触媒体８には、タングステンやタンタルといった高融点材料を用い、直流電流を流すことで発熱高温化させる。熱触媒体８の温度はＳｉ系原料ガスとの低温反応を避けるために１６００℃程度以上とする。熱触媒体８の形状は線状でも面状でもよい。
【００２３】
基板温度は基板加熱ヒーター３により１００〜4００℃程度の温度条件とし、望ましくは２００〜３００℃程度とする。本装置では、熱触媒体８がシャワー電極２を挟んで膜形成領域から離れた位置に設置されているので、製膜面への熱輻射が低く抑えられ、基板温度の制御を容易に行うことができる。
【００２４】
また、本装置では、熱触媒体８によって原料ガスの活性化を効率的に行えるので、低プラズマダメージとするために高周波パワーを比較的低パワーの条件としても、高速な製膜が可能となる。
【００２５】
さらにまた、本装置では、プラズマＣＶＤ法と触媒ＣＶＤ法とを組み合わせた構成となっているので、それぞれの特長を活かしたより高品質で高結晶化率の多結晶Ｓｉ膜を比較的低温度下においても高速に形成することができる。
【００２６】
すなわち、プラズマを生成している高周波パワーは製膜種の主に電子に吸収されてその電子温度を高めて製膜種と製膜表面の原子との結合反応を促進し、膜中欠陥の原因である未結合手（不対電子）密度を低減できるので、比較的低温度下においても高品質な多結晶Ｓｉ膜を得ることができる。一方、熱触媒体８は製膜種の熱運動エネルギーを高めて製膜種の製膜表面でのマイグレーションを促進するので、比較的低温度下においても高い結晶化率の多結晶Ｓｉ膜を得ることができる。
【００２７】
なお、基板５とシャワー電極２との間の距離を可変としておけば、製膜条件の自由度をさらに上げることができ、例えばこの距離を２ｃｍ程度以下とすることにより、より高い製膜圧力でのプラズマ発生が可能となり、より低プラズマダメージでより高速な膜形成が可能となる。
【００２８】
図２には、原料ガス導入経路４を非Ｓｉ系ガス４ａとＳｉ系ガス４ｂとに分け、熱触媒体８を非Ｓｉ系ガス４ａの導入経路のみに設置した場合の装置構成を示す。なお、ガス導入経路４中での製膜を避けて製膜をより効率的に行うため、非Ｓｉ系ガス４ａとＳｉ系ガス４ｂとの混合はシャワー電極２を出てから行う構造とすることが望ましい。
【００２９】
本装置構成では非Ｓｉ系ガス４ａのみを熱触媒体８で活性化し、Ｓｉ系ガス４ｂと熱触媒体８との接触が避けられているので、熱触媒体８の温度条件を１６００℃程度以下にすることができ、不必要な残留ガス圧の上昇や熱触媒体８中の不純物成分の蒸発や雰囲気ガスとの反応気化等を避けられ、多結晶Ｓｉ膜中への不純物混入を低減することができる。
【００３０】
なお、図２には、ガス導入経路４をＳｉ系４ａと非Ｓｉ系４ｂとに分け、熱触媒体８を非Ｓｉ系４ａにのみ設置した場合を示したが、導入する複数のガスの経路４のそれぞれに独立に熱触媒体８を設置する（あるいは設置しない）構造とすれば、製膜条件設定の自由度をいっそう拡大できるので、より高品質な膜形成を期待することができる。
【００３１】
また、本実施形態においては、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を例にとって説明したが、それ以外の例えばＥＣＲ型等のリモートプラズマＣＶＤ装置等に対しても同様な考え方で応用可能であることは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るプラズマＣＶＤ法によれば、原料ガスの経路におけるプラズマ発生領域よりも上流側にタングステンもしくはタンタルからなる熱触媒体を配設して原料ガス中の成分を被着基板上に堆積させることから、原料ガスの活性化を効率的に行うことができ、プラズマダメージの少ない高品質で高結晶化率の薄膜多結晶Ｓｉ膜を比較的低温度下で高速に形成することができる。もって、低コストかつ高効率な薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池の製造が可能となる。
【００３３】
また、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置によれば、原料ガスの経路中におけるプラズマ発生領域よりも上流側にタングステンもしくはタンタルからなる熱触媒体を配設したことから、原料ガスの活性化を効率的に行うことができ、プラズマダメージの少ない高品質で高結晶化率の薄膜多結晶Ｓｉ膜を比較的低温度下で高速に形成することができる。もって、低コストかつ高効率な薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマＣＶＤ法に用いる装置の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係るプラズマＣＶＤ法に用いる装置の他の実施形態を示す図である。
【図３】従来のプラズマＣＶＤ装置を示す図である。
【図４】従来の熱触媒体ＣＶＤ装置を示す図である。
【符号の説明】
１：チャンバー、２：シャワー電極、３：基板加熱ヒータ、４：原料ガス導入管、６：真空ポンプ、７：高周波発生装置、８：熱触媒体
【図１】
0004172739.tif 000002
【図２】
0004172739.tif 000003
【図３】
0004172739.tif 000004
【図４】
0004172739.tif 000005