JPH02148715A - 半導体デバイスの連続形成装置 - Google Patents

半導体デバイスの連続形成装置

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JPH02148715A
JPH02148715A JP63299585A JP29958588A JPH02148715A JP H02148715 A JPH02148715 A JP H02148715A JP 63299585 A JP63299585 A JP 63299585A JP 29958588 A JP29958588 A JP 29958588A JP H02148715 A JPH02148715 A JP H02148715A
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film
film forming
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Masahiro Kanai
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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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、半導体デバイス、殊に光起電力素子、画像入
力用ラインセンサー、盪像デバイス、電子写真感光体な
どを連続形成するのに好適な装置に関する。
〔従来技術の説明〕
従来、半導体薄膜は所望される電気的、物理的特性や用
途の諸点に鑑みて相応の成膜方法が採用されている。
例えば、プラズマＣＶＤ法、反応性スパッタリング法、
イオンブレーティング法、光ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、Ｍ
ＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などが試みられており、これらの
うちいくつかの方法が半導体デバイスを形成する上で至
適なものとして採用され企業化されている。
中でも、プラズマＣＶＤ法による生産装置が最も一般的
に採用されており、例えば、大面積のアモルファスシリ
コン太陽電池の生産においては、多室分離形成方式（特
開昭５９−６１０７８）及びロール・ツー・ロール方式
（Ｕ　Ｓ　Ｐ４４８５１２５゜特公昭６２−４３５５４
）のいずれかによる生産が主に行われている。しかしな
がら、生産された太陽電池の光電変換効率は、実験室で
試作された小面積のアモルファスシリコン太陽電池のそ
れに比較してかなり低下する。その理由として、多室分
離形成方式においては、高周波放電用電極の大面積化に
伴い堆積膜形成時のプラズマの安定性、均一性が維持で
きなくなること及び、堆積膜形成用の成膜室が大型化さ
れるため、成膜室壁等からの不純物除去が困難となり、
堆積膜中に取り込まれる不純物量が増加すること等が挙
げられる。
方、ロール・ツー・ロール方式においては、多室分離形
成方式に比較して、光電変換効率の低下率はかなり改善
されているが、基体が摺動するためプラズマの安定性が
欠けたり、各堆積膜形成室間のガスの相互拡散に工夫を
要する等の問題点が挙げられる。
更に、生産効率の観点からみると、多室分離形成方式で
はプラズマの安定性、均一性を維持するための放電用電
極の大きさには制限があり、−回の仕込みで生産される
太陽電池の面積にも限度がある。又、基板の搬送時には
隣接した成膜室間において毎回原料ガスの真空排気、圧
力の均一化、基体温度の調整、原料ガス導入量の安定化
、放電開始に伴うマツチング調整等を繰り返せねばなら
ず生産タクトの低減は困難であり、再現性の維持におい
ても多大の工程管理が必要である。
又、ロール・ツー・ロール方式では１０−ルの成膜終了
ごとにすべての成膜室を大気圧リークし、各成膜室の清
掃、ロールの交換等を行わねばならず装置のメンテナン
スに相当の時間を要し、更に毎回成膜室が大気に曝され
るため十分な真空状態までの立ち上げに長時間を要し、
その真空状態の再現性（例えば到達真空度等）の管理に
も十分な注意が必要である。
更にまた、上述したいずれの生産装置においても、プラ
ズマ生成エネルギーとして高周波電力を用いているが、
こうしたプラズマＣＶＤ法にて形成される堆積膜の電気
的、物理的特性は、半導体デバイスを形成する上で十分
満足されているとは言えず、また、長時間の堆積膜形成
時のプラズマの安定性、再現性においても欠ける場合が
あり、時には生産収率を大きく低下させる要因の１つと
もなっている。
このような問題点を解決する手段として、例えば、特開
昭６０−４１０４７号公報では、ＨＲＣＶＤ法（ｔｌｙ
ｄｒｏｇｅｎ　Ｒａｄｉｃａｌ　Ａｓ５ｉｓｔｅｄ　Ｃ
Ｖ　Ｄ法）によって高品質の■族生導体膜を堆積形成す
るにあたって、膜堆積速度を高めて該膜の生産性の飛躍
的向上をはかる方法が開示されている。
また、２．４５ＧＨｚ程度のマイクロ波を用いることに
より、高密度プラズマを効率的に生成する手段として、
空胴共振器の周囲に電磁石を配置し、ＥＣＲ（電子サイ
クロトロン共鳴）条件を成立させる方法が特開昭５５−
１４１７２９号公報、特開昭５７−１３３６３６号公報
等で提案され、また学会等ではこの高密度プラズマを利
用して各種の半導体薄膜が形成されることが報告されて
おり、すでにこの種のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置が
市販されるに至っているのが実状である。
ところで、前述したＨＲ−ＣＶＤ法においては、励起状
態の水素原子（水素ラジカル）が、堆積膜の形成に関し
、その膜特性及び均一性の制御に重要な役割を果たして
いるが、該励起状態の水素原子を堆積膜形成時に多量に
且つ均一に、そしてその励起状態を制御して堆積膜形成
時の化学反応を制御し、堆積膜の特性を任意に安定して
制御する方法については十分な検討がなされておらず改
良の余地が残されている。
一方、ＥＣＲを用いたマイクロ波プラズマＣＶＤ装置に
おいては、ＥＣＲ条件を成立させるためにプラズマ生成
室内の圧力は約１０−’Ｔｏｒｒ以下に保つ必要があり
、堆積膜形成時の圧力に制約を受けること、あるいはこ
の程度の圧力下ではガス分子の平均自由行程が長く　（
〜１ｍ）なり堆積膜形成用の原料ガスがマイクロ波導入
窓近傍まで拡散し、分解、反応してマイクロ波導入窓や
空胴共振器内壁に堆積膜が付着し放電が不安定となった
り、付着した膜の剥離、飛散によって基体上の堆積膜の
汚染が生ずる。また、プラズマ生成室内で発生したプラ
ズマは配置された電磁石の発散磁界に沿って成膜室内ま
で発散し、基板は比較的高密度の該プラズマに曝される
こととなる。従って、形成される堆積膜は荷電粒子等の
ダメージを受けやすく、膜特性の向上に限界が生じたり
、半導体デバイス形成のプロセスとして堆積膜を積層す
る行程においては、該荷電粒子等のダメージにより界面
特性の低下が生じ、半導体デバイスの特性向上が図れな
い等の問題点が指摘されている。
〔発明の目的〕
本発明は上述のごとき従来の半導体デバイス形成装置に
おける諸問題を克服して、高品質の半導体デバイスを連
続して均一性良くそして、安定して、再現性良く形成す
るのに好適な半導体デバイスの連続形成装置を提供する
ことを目的とするものである。
〔発明の構成・効果〕
本発明者らは、従来の半導体デバイス形成装置における
上述の諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成すべく
鋭意研究を重ねたところ、マイクロ波立体回路中に２つ
のインピーダンス整合回路を一体化した空胴共振器内に
プラズマ生成室を設け、水素ガス又は水素ガスと希ガス
との混合ガスを用いマイクロ波プラズマ放電を行ったと
ころ安定して、再現性良く効率的に任意の励起状態の水
素原子を供給できるという知見を得た。
本発明の半導体デバイス連続形成装置は、上述の知見に
基づき更に検討を重ねた結果完成せしめたものであり、
その骨子とするところは、つぎのとおりである。
皿ち、半導体デバイスを形成する半導体層の積層数に等
しい数の成膜室と、該複数の成膜室を挾んで設けられた
一対の帯状基体収納容器と、該帯状基体収納容器と前記
成膜室との間に設けられた少なくとも１つの帯状基体処
理室と、前記複数の成膜室を連結するための断面形状が
スリット状の連結管と、前記帯状基体を連続移動する手
段とから構成され、一方の帯状基体収納容器から帯状基
体処理室、複数の成膜室及び連結管を介して他方の帯状
基体収納容器まで前記帯状基体を長手方向に連続的に移
動せしめることによって、該帯状基体上に連続して半導
体層を形成しうるようにした半導体デバイスの連続形成
装置であって、前記複数の成膜室のうち少なくとも１つ
に、マイクロ波立体回路中の２つのインピーダンス整合
回路と一体化した空胴共振器内に設置されたプラズマ生
成室を接続し、且つ、該プラズマ生成室をマイクロ波透
過性ペルジャーと多孔性金属薄板とで構成するとともに
該多孔性金属薄板を介して前記成膜室内を移動する帯状
基体に対向するように該プラズマ生成室を接続し、半導
体層形成用原料化合物と前記プラズマ生成室で生成され
た励起状態の水素原子との相互作用により帯状基体上に
半導体層を堆積形成しうるようにしたことを特徴とする
半導体デバイスの連続形成装置。
なお、前記マイクロ波立体回路中の２つのインピーダン
ス整合回路と一体化した空胴共振器におけるインピーダ
ンス整合条件は、下記の２通りのいずれかの組み合わせ
において制御される。
即ち、 （１）空胴共振器内に設けられた空胴長可変プランジャ
ー及びマイクロ波導波管と空胴共振器との接続部に設け
られた絞りの組み合わせ。
（２）前記空胴長可変プランジャー及びマイクロ波導波
管上に設けられたＥ−Ｈチューナー又はスリースタブチ
ューナーの組み合わせ。
また、本発明の装置のプラズマ生成室で生成される前記
水素原子の励起状態は、発光分光分析法により水素の励
起状態であるＨα、Ｈβの発光強度を測定し、その強度
比を所望の値とするべく、空胴共振器内へのマイクロ波
投入パワー、インピーダンス整合条件、水素ガス流量又
は水素ガスと希ガスとの混合流量比、全圧力のうちいず
れか一種以上を制御することにより制御される。
更に、前記帯状の基体は、前記多孔性金属薄板面の水平
軸に対し３０°以内の角度で且つ該多孔性金属薄板面よ
り１００１以内の位置を移動し、該多孔性金属薄板と前
記帯状の基体との間に配置されたガス吹き出し手段より
、半導体層形成用の原料となる化合物が気体状態で、あ
るいは前記成膜室とは別に隣接して設けられた活性化室
であらかじめ励起した状態で成膜室内に導入される。
また更に、本発明の前記帯状基体処理室には、少なくと
も真空シール用治具、帯状基体切断用治具、帯状基体接
続用治具が内蔵される。
更に、前記断面形状がスリット状である連結管には、希
ガス導入管が接続される。
また、前記成膜室及び帯状基体収納容器には、各々独立
の排気装置及び圧力調整器が設置される。
以下、本発明の装置の主な特徴点について記載する。
本発明の半導体デバイスの連続形成”Ａ’ｌｌにおける
第一の特徴は、該半導体デバイスを構成する半導体層の
数と等しい数だけの成膜室が設けられることである。即
ち、上述したような半導体薄膜の各層が専用の成膜室に
て形成される。例えば、ｐｉｎ構造を有する光起電力素
子を形成する場合には、ｐＮ、１層、ｎ層の半導体層を
各々形成するための専用の成膜室が３室設けられ、各成
膜室はその断面形状がスリット状である連結管で接続さ
れる。又、各成膜室で用いられる堆積膜形成用原料化合
物等の相互の成膜室への拡散を防ぐために、前記連結管
には希ガス導入管が設けられ希ガスが導入される。導入
される希ガスの種類とじては半導体′ｙｌ膜の特性への
影響が少ないものが選択される０例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、
Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ。
Ｒｎが好適なものとして挙げられるが、これらはＨ２ガ
スに限って希釈して使用することができる。
各成膜空間の原料ガス等の拡散、侵入の程度は各成膜室
内のガス成分を質量分析計で測定することによって確認
し、希ガス導入量等へのフィードバックをかけることが
できる。
このようにして、半導体デバイスを構成する各半導体層
を形成する各成膜空間で使用される原料ガス等のクロス
コンタミネーションが防ぐことが出来、半導体デバイス
の緒特性が向上する。
又、本発明の装置における第２の特徴は、帯状基体収納
容器と成膜室との間に少なくとも一室以上の帯状基体処
理室を存することである。該帯状基体処理室については
、後述するところの図面による説明において詳しく述べ
るが、該帯状基体処理室内には少なくとも真空シール用
治具、帯状基体切断用治具、帯状基体接続用治具が内蔵
されており、こうした帯状基体処理室を設けることによ
り、成膜室側の真空状態を破らず、帯状基体収納容器を
大気圧リークし、帯状基体のロールを授受することがで
きる。
更に、本発明の装置における第３の特徴は、マイクロ波
立体回路中の２つのインピーダンス整合回路と一体化し
た空胴共振器構造を採用した点にある。
このところについて説明するに、まず、本発明者らは、
プラズマの有無又はプラズマ密度によらず空胴共振器と
して動作し得る構造として、該空胴共振器内にプラズマ
生成室となるペルジャーを配設し、７Ｍモードを励振さ
せることが効果的であることを見い出した。
このところの装置構造は次のような内容のものである。
即ち、空洞共振器構造内に空洞長可変プランジャーを設
け、且つ第１図に示すがごとく方形導波管と円筒型空胴
共振器の中心軸とが直交するように締結する。そして、
インピーダンス整合を行う場合には、前記空胴長可変プ
ランジャーと、方形導波管と空胴共振器との接続部に設
けられた絞り、Ｅ−Ｈチューナー又はスリースクプチュ
ーナーのうちいずれか１つとの組み合わせが好適に採用
される。
空胴共Ｗｉｎ内に配設されるプラズマ生成のためのペル
ジャーは、マイクロ波透過性を有するが、気密性保持が
可能な材料、例えば石英（ＳｉＯｉ）、アルミナ・セラ
ミックス（／ｌ’２０．）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化
珪素（ＳｉｓＮ４）　、炭化珪素（Ｓ　ｉ　Ｃ）　、ベ
リリア（ＢｅＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）、ジルコニア
（Ｚ　ｒ　Ｏｚ）等のいわゆるニューセラミックスで形
成される。
空胴長可変プランジャー、は該ペルジャーに対し、マイ
クロ波導入側の、即ち大気側に設けられる。従って、大
気中で空洞長を変えることによりインピーダンス整合が
行えるため、プラズマの有無、又はプラズマ密度等の変
化による空胴共振条件の変化に対し容易に空胴長を調整
でき、再現性良く、安定してマイクロ波プラズマ生起さ
せることができる。
本発明の装置において、前記ペルジャーと成膜空間との
間に設けられる多孔性金属薄板は、空洞共振条件を成立
させるための端面板としての役割りを有するが故に、多
孔性金属薄板の孔径は使用マイクロ波の管内波長（λ）
に対し好ましくはλ／２以下、最適にはλ／４以下であ
ることが望ましい。
多孔性金属薄板の形状としては、金網状、丸もしくは多
角形の穴加工を施した薄い金属板状等が挙げられ、その
構成材料としては、Ａｆ、ＦｅＮｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、
Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、ステンレス等いわゆる金属単体又は
合金で構成されても良く、あるいはメツキ、スパッタ、
蒸着等により前述した金属等の表面処理がなされたガラ
ス、セラミックスあるいは金属の複合体であっても良い
。
更に、多孔性金属薄板はペルジャー内で生成した励起状
態の水素原子を効率良く、均一に成膜空間内へ導入させ
るために穴径及び分布を変化させることが好ましい。こ
のときの全開口率は好ましくは１０％以上、より好まし
くは２０％以上、最通には３０％以上であることが望ま
しい。
前述のごとき特徴を有する本発明の半導体デバイス連続
形成装置においては、所望の半導体薄膜を連続形成する
に際して、成膜空間内へ半導体層形成用の原料となる化
合物を気体状態あるいは活性化状態で導入し、これとは
別にその励起状態を制御された水素原子とを導入し、化
学反応せしめることによって帯状基体上に半導体薄膜が
形成されるが、水素原子の励起状態を適宜制御すること
により該半導体薄膜の結晶性、含有水素量等を安定して
再現性良く制御できる。
本発明における原子状水素の励起状態とは、水素ガス又
は水素ガスと希ガスとの混合ガスのマイクロ波プラズマ
において観察される発光から決定されるものであって、
具体的にはマイクロ波プラズマからの発光を発光分光分
析法にて測定し、原子状水素（Ｈｌ）の発光ラインのう
ち、ＨＣｔに帰属される６５６ｎｍ及びＨｌに帰属され
る４８６ｎｍの発光ラインに着目し、その強度比をもっ
て励起状態が決定され、所望の強度比となるよう前記空
胴共振器内へのマイクロ波投入パワー、インピーダンス
整合条件、水素ガス流量又は水素ガスと希ガスとの混合
ｉｔ比、全圧力のうちいずれか一種以上のパラメーター
が制御される。
本発明において、水素原子の励起状態を制御するには、
Ｈ工／Ｈβの強度比が、好ましくは１／１〜１０００／
１、より好ましくは１０／１〜５００／１に制御される
のが望ましい。
前記強度比の範囲において、特に基板の種類及び基板温
度の組み合わせが膜質等を決定する要因であって、これ
らを適宜組み合わせることにより所望の膜質及び膜特性
の半導体薄膜が形成される。従って、本発明においては
前記強度比を測定し得る感度を有する発光分光光度計を
用いる必要がある。
本発明の装置において、マイクロ波プラズマのモニター
位置は全ガスの流れ方向に対し、半導体薄膜形成用原料
化合物のガス吹き出し手段の上流側に設けられるため、
実質的に堆積膜の形成は成されず、成膜開始から終了ま
で安定してモニターすることが出来る。
本発明の装置において、励起状態の水素原子を生成させ
るためには、水素ガス又は水素ガスと希ガスとの混合ガ
スが用いられる。水素ガスのみではマイクロ波プラズマ
が安定しなかったり、プラズマが生起しない場合には希
ガスを適宜混合させることが効果的である。
本発明において用いられる希ガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ
、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎが好適なものとして挙げられ
る。
本発明の装置において、連続形成される半導体薄膜とし
ては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ等いわゆる■族生導体、５ｉＧｅ
、ＳｉＣ，５ｉＳｎ等いわゆる■族合金半導体、ＧａＡ
ｓ、ＧａＰ、Ｇａ５ｂＩｎＰ、ＩｎＡｓ等いわゆる［［
［−Ｖ族化合物半導体、及びＺｎ５ｅ、ＺｎＳ、ＺｎＴ
ｅ、Ｃｄ５ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ等いわゆる［１−Ｖｌ族
化合物半導体等が挙げられる。
本発明において用いられる半導体層形成用原料化合物と
しては、上述した半導体堆積膜の構成元素の水素化物、
ハロゲン化物、有機金属化合物等で成膜空間内へ好まし
くは気体状態もしくは活性化状態で導入できるものが選
ばれる。
勿論、これらの原料化合物は１種のみならず２種以上混
合して使用することも出来る。
また、形成される半導体薄膜は価電子制御及び禁制帯幅
制御を行うことが出来る。具体的には価電子制御剤又は
禁制帯幅制御剤となる原料化合物を堆積膜形成用原料化
合物又は水素ガスに混合して成膜空間内へ導入してやれ
ば良い。
本発明において用いられる帯状の基体としては、導電性
の存無にかかわらず、ロール状に巻き取ることの出来る
引張り強度及び基体の厚さを有する金属、樹脂等の材料
で構成されるものが好適に使用される。
該帯状の基体は、半導体層の数に応じて設けられた成膜
室を挾んで一対設けられた収納容器の間を送り出し、巻
き取り機構により一定の速度で移動させる。
〔装置例〕
以下、図面を用いて本発明の半導体デバイス連続形成装
置について詳しく説明するが、本発明は、これによって
何ら限定されるものではない。
装置史上 第１図は、本発明の半導体デバイス連続形成装置の典型
的１例を模式的に示す断面概略図であり、該装置は３層
構成の半導体デバイスを連続生産しろるものである。
第１図において、１０４，１０５，１０６は成膜室（＋
）、　　（ｎ）、　　（Ｉ［ｌ）であり、その両側に一
対の帯状基体収納容器（Ａ）１０７及び帯状基体収納容
器（Ｂ）１０８が配設されていて、各々は連結管１８９
，１９０，１９１，１９２で連結している構造となって
いる。帯状基体１０１は送り出し機構１０２より図中矢
印方向に送り出され、支持用ローラ１０９，１）０，１
）１゜１）２．１）３，１）４，１）５，１）６によっ
て支持され、巻き取り機構１０３により図中矢印方向に
巻き取られる。その間帯状基体１０１は前加熱機横１８
３にて加熱され、成膜用加熱機構１５９．１６０，１６
１にて所望の各成膜温度に保持され、冷却機構１８４に
て冷却され巻き取られる。なお、帯状基体１０１の進行
方向及び張力は、送り出し機構１０２と巻き取り機構１
０３の回転方向により任意に設定できる。
１８１．１８２は帯状基体処理室であり、その内部には
パイトン製ローラー１８５，１８６、切断刃１８７，１
８８及び溶接治具（不図示）が内蔵されている。
また、連結管１８９，１９０，１９１，１９２には各々
希ガス導入管１７７．１７８，１７９゜１８０が接続さ
れている。１７２，１７３．１７４１７５．１７６は真
空計である。１６２，１６３゜１６４は成膜室（［）１
０４、（ＩＩ）１０５、（ｍ）１０６の排気管であり、
圧力調整用パルプ１６５．１６６．１６７を介して不図
示の排気装置に接続されている。１６８，１６９は帯状
基体収納容器（Ａ）１０７、（Ｂ）１０８の排気管であ
り、圧力調整用バルブ１７０，１７１を介して不図示の
排気装置に接続されている。１）７゜１）８．１）９は
円筒型空胴共振器（１）　、　（ＩＩ）（ＩＩＩ）であ
り、マイクロ波プラズマ生成室となるペルジャー１２０
，１２１，１２２と多孔性金属薄板１４１，１４２，１
４３、空胴長可変プランジャー１３２，１３３，１３４
、方形導波管１２３１２４．１２５、絞り１２９，１３
０．１３１を主構成部品として構成されている。１３８
１３９．１４０はりん青銅製バネでプランジャー１３２
．１３３．１３４と円筒型空胴共振器（１）１）７、　
（ＩＩ）１）８、（ＩＩＩ）１）９との接触を良好にす
るために設けられ、異常放電を防止している。空胴長可
変プランジャー１３２゜１３３．１３４はモーター１３
５　１３６　１３７によって、各々ペルジャー１２０，
１２１，１２２に向かって移動させることができる。１
２６゜１２７．１２８はＥ−Ｈチューナー又はスリース
タブチューナーであり、本発明におけるマイクロ波立体
回路を構成するインピーダンス整合回路の１つを構成し
、他のインピーダンス整合回路の１つである空脂長可変
プランジャー１３２．１３３゜１３４と各対でインピー
ダンス整合に用いられる。絞り１２９，１３０，１３１
は同様にインピーダンス整合回路の１つであり、空胴長
可変プランジャー１３２，１３３．１３４と各対で用い
られる。
絞り１２９，１３０，１３１は方形導波管１２３゜１２
４．１２５と円筒型空胴共振器（ＩＮ　１７、（ＩＩ）
１）８、（Ｉ［Ｉ）１）９との接続部に上下−対設けら
れており、各々独立に円筒型空胴共振器（１）１）７、
（ＩＩ）１）８、（ＩＩＩ）１）９の上下方向に円筒面
に沿ってスライド出来るようになっており、不図示のり
ん青銅製バネにより円筒型空胴共振器（［）１）７、（
ＩＩ）１）８、（ＩＩＩ）１）９との接触が保たれてい
る。
ガス導入管１５０，１５１．１５２からの水素ガス又は
水素ガスと希ガスとの混合ガスの吹き出し穴は多孔性金
属薄板１４１，１４２，１４３を各々通ってペルジャー
１２０，１２１，１２２内に向けられており、ペルジャ
ー１２０，１２１゜１２２内に導入された水素ガス等は
空胴共振器（１）１）７、（ＩＩ）１）８、（ｍ）１）
９内に投入されたマイクロ波によりプラズマ化され、励
起状態の水素原子等を生成し、多孔性金属薄板１４１，
１４２．１４３を通じて各々成膜室（Ｉ）１０４、（Ｉ
Ｉ）１０５、（Ｉ［［）１０６内に導入される。各成膜
室内の圧力は圧力計１７４１７５．１７６により測定さ
れる。
各成膜室内において、堆積膜形成用原料ガス吹き出しパ
イプ１５６，１５７，１５８が帯状基体１０１及び多孔
性金属薄板１４１，１４２，１４３との間に配設されて
いる。
必要に応じ、堆積膜形成用原料ガスをあらかじめ活性化
して導入する場合には、熱、光、放電等の活性化エネル
ギー発生手段をガス供給パイプ１５３．１５４，１５５
の途中に設ければ良い。
１４４．１４５，１４６はマイクロ波プラズマモニター
用に設けられたポートであり、集光用プローブ（不図示
）が接続されている。集光用プローブ（不図示）には石
英ファイバー１４７，１４８゜１４９が接続され、更に
不図示の分光器に接続され、発光分光分析が行われる。
１８１．１８２は本発明の装置の特徴の１つである帯状
基体処理室である。
第２（そのＬ）（ｉ）図乃至第２（その４）（Ｘ）図は
、前記帯状基体処理室の概略及び帯状基体等の成膜時の
作動を説明するための模式図を示した。
第２図において、２０１ａは帯状基体の送り出し側に設
けられた帯状基体処理室（Ａ）、２０１ｂは帯状基体の
巻き取り側に設けられた帯状基体処理室（Ｂ）であり、
その内部にはパイトン製ローラー２０４ａ、２０７ｂ、
切断刃２０８ａ２０８ト、溶接治具２０９ａ、２０９ｂ
が収納されている。
即ち、第２図（ｉ）は、通常成膜時の状態であり、帯状
基体２０２が図中矢印方向に移動していて、ローラー２
０７ａ、切断刃２０８ａ、及び溶接治具２０９ａは帯状
基体２０２に接触していない、２１０は帯状基体収納容
器（不図示）との接続管、２１）は成膜室（不図示）と
の接続管である。
第２図（その１）（ｉｉ）は、１巻の帯状基体への成膜
工程が終了した後、新しい帯状基体と交換するための第
１工程を示している。まず、帯状基体２０２を停止させ
、ローラー２０７ａを図中点線で示した位置から矢印方
向へ移動させ帯状基体２０２及び帯状基体処理室２０１
ａの壁と密着させる。この状態で帯状基体収納容器と成
膜室とは気密分離される。次に、切断刃２０８ａを図中
矢印方向に動作させ帯状基体２０２を切断する。この切
断刃２０８ａは機械的、電気的、熱的に帯状基体２０２
を切断できるもののうちのいずれかにより構成される。
第２図（その１　）　（ｉｉｉ　）では、切断分離され
た帯状基体２０３が帯状基体収納容器側へ巻き取られる
様子を示している。
上述した切断及び巻き取り工程は帯状基体収納容器内は
真空状態又は大気圧リーク状態のいずれかで行われても
良い。
第２図（その２）　　（ｉｖ）では、新しい帯状基体２
０４が送り込まれ、帯状基体２０２と接続される工程を
示している。帯状基体２０４と２０２とはその端部が接
せられ溶接治具２０９ａにて溶接接続される。
第２図（その２）（ｖ）では、帯状基体収納容器（不図
示）内を真空排気し、十分成膜室との圧力差が少なくな
った後、ローラー２０７ａを帯状基体２０２及び帯状基
体処理室（Ａ）２０１ａの壁から離し、帯状基体２０２
，２０４を巻き取っている状態を示している。
次に、帯状基体の巻き取り側での動作を説明する。
第２図（その３）（ｖｉ）は、通常成膜時の状態である
が、各治具は第２図（その１）（ｉ）で説明したのとほ
ぼ対称に配置されている。
第２図（その釦（ｖｆｉ）は、１巻の帯状基体への成膜
工程が終了した後、これを取り出し、次の成膜工程処理
された帯状基体を巻き取るための空ボビンと交換するた
めの工程を示している。
まず、帯状基体２０２を停止させ、ローラー２０７ｂを
図中点線で示した位置から矢印方向へ移動させ、帯状基
体２０２及び帯状基体処理室２０１ｂの壁と密着させる
。この状態で帯状基体収納容器と成膜室とは気密分離さ
れる。次に、切断刃２０８ｂを図中矢印方向に動作させ
、帯状基体２０２を切断する。この切断刃２０８ｂは機
械的、電気的、熱的に帯状基体２０２を切断できるもの
のうちのいずれかにより構成される。
第２図（その３）（ｖｉｉ）では、切断分離された成膜
工程終了後の帯状基体２０５が帯状基体収納容器側へ巻
き取られる様子を示している。
上述した切断及び巻き取り工程は帯状基体収納容器内は
真空状態又は大気圧リーク状態のいずれかで行われても
良い。
第２図（その２）（ｉｖ）では、新しい巻き取りボビン
に取り付けられている予備巻き取り用帯状基体２０６が
送り込まれ、帯状基体２０２と接続される工程を示して
いる。予備巻き取り用帯状基体２０６と帯状基体２０２
とはその端部が接せられ、溶接治具２０９ｂにて溶接接
続される。
第２図（その４）（Ｘ）では、帯状基体収納容器（不図
示）内を真空排気し、十分成膜室との圧力差が少な（な
った後、ローラー２０７ｂを帯状基体２０２及び帯状基
体処理室（Ｂ）２０１ｂの壁から離し、帯状基体２０２
，２０６を巻き取っている状態を示している。
第２図に示すごとく、成膜室内の真空状態を保持したま
ま、帯状基体の交換作業が容易に行えるため、作業効率
の向上が図れ、また、成膜室内が大気圧に曝されること
がないため成膜室内壁への吸着水の発生を無くすことが
でき、安定して高品質の半導体デバイスを形成出来る。
本発明において、成膜室内の清掃は真空状態保持のまま
必要に応じドライエツチングにより実施することが出来
る。
装置■ｌ 第８図は、本発明の半導体デバイス連続形成装置の別の
装置を模式的に示す断面概略図であり、該装置は、６石
構成の半導体デバイスを連続生産できるものである。
８０１は帯状基体であり、帯状基体収納容器（Ｃ）８１
２内の送り出し機構８０２より送り出され、帯状基体収
納容器（Ｄ）８１３内の巻きをり機構８０３に巻き取ら
れる。８０６，８０７゜８０８．８０９，８１０，８１
）は成膜室（＋）（ｎ）、　　（ＩＩ［）、　　（ＩＶ
）、　　（Ｖ）、　　（ＶＴ）であり、各成膜室では異
なる半導体層が形成され、連続的に６層構成の半導体デ
バイスが形成される。各成膜室内の構造及び連続管の構
造は装置例工で示したものと同様である。
８０４．８０５は帯状基体処理室であり、やはり装置例
１で示したのと同様の機構を存している。
〔試験〕
本発明の装置を用いて連続して形成される半導体薄膜の
基体上での膜質及び膜特性の均一化を図るために必要な
、帯状基体の配設されるべき多孔性金属薄板からの距離
及び角度等の条件について検討した。検討に際しては、
■族生導体であるａ−３ｉ：Ｈ：Ｆ膜を第１図に示す連
続形成装置を用い、帯状基体を５０ｅｌｌ／ｌ１ｉｎの
速度で移動させた状態で形成した。なお、本発明の装置
を用いることにより、複数の成膜条件を連続して、真空
保持のまま各個の成膜室での成膜条件を適切なものに設
定することができる。即ち、ある一定時間ごとに成膜条
件を変化させ、１巻の帯状基体上に複数の成膜条件下で
の堆積膜を連続して形成することができる。
本発明の装置において用いられる空胴共振器及びマイク
ロ波透過性ベルジ十−の帯状基体面に平行な面での断面
形状は、マイクロ波の励振モード（ＴＭモード）からし
て円形であることが好ましく、そのため、発生した原子
状水素は成膜室内へ投影面としてほぼ円形状に供給され
る。
第３図は、ペルジャー断面と帯状基体との位置関係を示
す図である。第３図かられかるように、ペルジャー断面
の帯状基体３０２上への投影面３０１に対して幅Ｗの帯
状基体３０２が図中矢印（−０）方向へ移動する場合に
は、帯状基体３０２の幅Ｗに相関して、帯状基体３０２
が投影面３０１内を移動する距離は帯状基体３０２の中
央部ではし、端部ではｌと異なっている。また、図中斜
線部３０３−１及び３０３−２で示した部分には基体が
存在しないため、堆積膜形成時には有効堆積膜形成面積
に対する損失部分であり、やはり帯状基体３０２の幅Ｗ
に相関している。従って帯状基体の幅Ｗを適切に選択す
るとともに、中央部（Ｂ、Ｂ’　、Ｂ’）及び端部（Ａ
、Ａ’　、Ａ’ｃ、ｃ’　、ｃ″）での堆積速度を制御
することが必要である。
具体的な参考値として投影面３０１の直径Ｌ＝１００と
したときの各値を第１表に示す。この値をもとに以後の
試験を介しての検討を行った。
第　　　　１　　　　表 有効堆積膜形成面積 Ｕ±（帯状基体と多孔性金属薄板との距Ｍ）第１図に示
す装置及び第４図に示す堆積膜形成用の原料化合物吹き
出し手段を用い検討を行った。
第４図において、４０１ａ、４０１ｂは帯状基体４０４
の移動方向（図中矢印方向）に対して垂直方向から堆積
膜形成用の原料化合物を導入する為に設けられた一対の
ガス導入パイプであり、ガス供給管４０２ａ、４０２ｂ
から供給された原料化合物はガス吹き出し孔４０３ａ、
４０３ｂを介して吹き出される。
第２表に示す成膜条件にて形成されたａ−３ｉ二Ｈ：Ｆ
膜の帯状基体と多孔性金属薄板との距離に対するＡ、Ｂ
、Ｃ間の膜厚分布の変化を第５図に示す。
これかられかるように、帯状基体と多孔性金属薄板との
距離が増加するにつれて、膜厚分布は１０〜３（Ｉｎ程
度までは向上し、３０〜９０ｍ１程度まではほぼ一定で
あるが、９０ｆｌを超えるに従い膜厚分布は悪化する。
更に９００を超えたところでは堆積速度の急激な減少が
起こり、実用に通する半導体薄膜は形成されなかった。
この関係は他の成膜条件においてもほぼ同し傾向を示し
た。
第　　　　２　　　　表 拭肱斑１（帯状基体と多孔性金属薄板面との角度）試験
ｌにおけると同様の成膜条件で多孔性金属薄板の水平面
に対する帯状基体の角度を変化させ、膜厚分布の変化を
検討した。
第６図は、典型例として帯状基体と多孔性金属薄板との
距離が５０鰭の場合において角度を変化させた時、第３
図に示す帯状基体上に形成された半導体ｙＩ膜のＡ、Ｂ
、Ｃ間の膜厚分布の変化を示すものである。第６図から
れかるように、帯状基体と多孔性金属”１ｌｉｌ板との
角度が３０°を越えたところから急激に膜厚分布が悪化
している。この関係は帯状基体と多孔性金属薄板との距
離を変化させた場合、及び他の成膜条件においてもほぼ
同じ傾向を示した。
広狭主（連結管からの希ガス導入り 試験２と同様の成膜条件で角度Ｏ°の時に連結管に設け
られた希ガス導入管からの希ガスとしてのＡｒの導入量
のみを変化させ、第３図に示したＡ、Ｂ、Ｃ間の膜厚分
布の変化について検討した結果を第７図に示す。
第７図かられかるように、希ガス導入量が増加するにつ
れて、膜厚分布は４０ｓｃｃｍ付近から改善され、１６
０ｓｅｃｍ程度まではほぼ一定となるが、２００　ｓｅ
ｃｍを超えたところから急激に悪化する。
これは、希ガスの導入量が増えるに従い、半導体薄膜の
形成に有効な前駆体等が希ガスの成膜室内への流入によ
り押し流される為であると考えられる。この関係は、他
の成膜条件においても、はぼ同じ傾向を示した。
また、成膜条件の異なる他の成膜室からの使用原料ガス
の混入の有無をＳＩＭＳによる半導体薄膜の元素分析に
て評価したところ、上述した流量範囲内では混入の痕跡
は認められなかった。
以上、試験１乃至３からする結果より、本発明において
は、帯状基体と多孔性金属薄板との距離は１００ｍ以下
、より好ましくは８０ｍ以下とし、且つ帯状基体と多孔
性金属薄板面との角度は好ましくは３０’以内、より好
ましくは２０°以内に設定することが所望の膜厚分布に
納める上で必要な条件であることが判明した。また、連
結管からの希ガス導入により、膜厚分布の改善及び各成
膜室間の原料ガスの混入が防げることも判明した。
本発明において、水素ガス又は水素ガスと希ガスとの混
合ガスのマイクロ波プラズマが安定して生起される条件
及び半導体薄膜形成用の原料化合物及び価電子制御し得
る化合物の選択される種類及び状態、そして所望される
堆積膜の特性等から成膜時における成膜空間の内圧は適
宜決定されるが、好ましくは１００〜Ｉ　Ｘ　１０−’
Ｔｏｒｒ　、より好ましくは１０〜５　Ｘ　１０−’Ｔ
ｏｒｒ　、最適には１〜Ｉ　Ｘ　Ｉ　０−３Ｔｏｒｒと
されるのが望ましい。
本発明の装置によれば、非晶質、結晶質を問わず任意の
結晶性の帯状基板上に所望の結晶性を有する半導体薄膜
を連続形成しデバイス化することができる。
本発明において、安定して空胴共振条件を成立させる上
で、マイクロ波発振機における発振様式は連続発振で、
そのリフプル巾が使用出力領域において、好ましくは３
０％以内、より好ましくは１０％以内であることが望ま
しい。
本発明の装置によれば、励起状態の水素原子を、マイク
ロ波立体回路中に２つのインピーダンス整合回路と一体
化した空胴共振器を用いたマイクロ波プラズマにより、
制御性良く、安定して再現性良く生成でき、該励起状態
の水素原子と堆積膜形成用の原料化合物との反応制御性
が著しく向上し、また、所望の結晶性及び水素含有量等
の特性を有°する半導体薄膜を連続して均一性良く、高
効率で再現性良く形成できる。
〔製造例〕
以下に、本発明の連続半導体デバイス形成装置を用いて
の具体的製造例を説明するが、本発明はこれらの製造例
によって何ら限定されるものではない。
聚遺促上 まず、第１図に示した連続半導体デバイス形成装置を用
い、半導体層がｐ　ｉｎ３層構成の光起電力素子の連続
生産を行った。
光起電力素子の形成される面にＡｇ及びＺｎＯの表面処
理の行われた幅１５０ｆｌ、長さ２００ｍ、厚さ０．２
５　＋ｎのステンレススチール製の帯状基体を送り出し
機構１０２と巻き取り機構１０３との間に載置し、排気
管１６２，１６３，１６４゜１６８．１６９より成膜室
（１）１０４．　　（＋１）１０５、　　（ＩＩ［ＨＯ
６及び帯状基体収納容器（Ａ）１０７、（Ｂ）１０８内
を真空排気し、ｌＸｌ０−’Ｔ　ｏｒｒ程度まで減圧し
た。本製造例は、各成膜室及び帯状基体収納容器をすべ
て大気に曝した後に行ったため、所望の真空度に達する
まで８時間程度を要した。
その間に、帯状基体１０１と多孔性金属薄板１４１．１
４２，１４３とは各成膜室内で平行であり、且つその間
隔は成膜室（ｒ）１０４では５０酊、成膜室（Ｉｆ）１
０５では４０ｍ璽、成膜室（１）１０６では３０酊とな
るよう支持用ローラー１）１．１）２，１）３，１）４
，１）５，１）６の位置を調整し、前加熱機構１８３を
４２０℃、各成膜用加熱機構１５９，１６０，１６１を
３５０ｔ、３２０℃、３００℃に加熱保持した。
ひき続き、成膜室（ｒ）１０４においてはガス導入管１
５０からは水素ガス１５０ｓｃｃｍＳＨｅガス８０ｓｅ
ｃｍの混合ガスを導入し、成膜室（Ｉｔ）１０５におい
てはガス導入管１５１からは水素ガス１２０３ＣＣ１）
％　Ｈｅガス１５０ｓｅｃｍの混合ガスを導入し、成膜
室（Ｉ［Ｉ）１０６においてはガス導入管１５２からは
水素ガス２００ＳＣＣＩＩＩＳＨｅガス５０ｓｅｃｍを
導入した。同時に、各希ガス導入管１７７．１７８，１
７９，１８０からはＡｒガスを２５０ｓｃｃｍづつ導入
した。直ちに各圧力調整用バルブ１６５，１６６．１６
７．１７０，１７１を動作させ、成膜室（１）１０４内
の圧力を０．　Ｏ４５Ｔ　ｏｒｒ、成膜室（ＩＩ）　１
０５内の圧力を０．０３　Ｔ　ｏｒｒ。
成膜室１０６（ＩＩＩ）内の圧力を０．０２　Ｔｏｒｒ
及び帯状基体収納容器（Ａ）１０７．　　（Ｂ）１０８
内の圧力を０．０３５　Ｔｏｒｒとした。
流量圧力が安定したところで、各成膜室ごとに設置され
た不図示の連続発振機へマイクロ波発振ａ（リップル中
５％以内）より各方形導波管１２３゜１２４．１２５を
介して、マイクロ波を冬空胴共振器１）７，１）８，１
）９内に投入した。直ちに、冬空胴長可変プランジャー
１３２，１３３゜１３４をモーター１３５，１３６，１
３７にて動作させ、不図示のマイクロ波立体回路中に設
置されたパワーモニターによって計測される反射電力／
入射電力の比が最も小さくなる位置に調整し、更に、各
絞り１２９，１３０，１３１の開度を調整して反射電力
／入射電力の比が最も小さくなる位置にした。再び冬空
胴長可変プランジャー１３２．１３３．１３４の位置、
絞り１２９゜１３０．１３１の開度を微調する操作を繰
り返し、反射電力／入射電力の比が最も小さく、且つ入
射電力−反射電力で表される実効入射電力の値が成膜室
（ＩＮ　Ｏ４では３００Ｗ、成膜室（［１）１０５では
２５０Ｗ、成膜室（Ｉ［１）１０６では５００Ｗとなる
よう調整した。
この時点で、各ボート１４４．１４５，１４６から観測
されるマイクロ波プラズマにおける励起状態の水素原子
からの発光ラインＨｏｒ／Ｈβの強度比は１２０，１８
０．７５であった。
各多孔性金属薄板１４１，１４２，１４３にはＡＩ！製
全ロ径φ１６０ｍ、φ８ｆｌの穴が一様に分布した開口
率６０％のパンチングボードを用いた。堆積膜形成用原
料ガス吹き出しリング１５６゜１５７．１５８は各々第
４図に示す構成で、穴径は１．５　ｍｍとし、穴径増加
率は３０％のものを用いた。
マイクロ波プラズマが安定した時点で直ちに不図示のガ
スボンベから、ガス供給パイプ１５３を通じて成膜室（
１）１０４内の多孔性金属薄板１４１から１０１）のと
ころに載置された堆積膜形成用原料ガス吹き出しパイプ
１５６へ５ｒｔＦｂガス５　ｓｃｃｍ、　Ｓ　ｉｇ　Ｈ
６ガスｌＱｓｃｃｍ及びＨｅガスで２０００ｐｐｎ＋に
希釈されたＰＨｆｆガス１２ｓｃｃｗを導入し、直ちに
帯状基体１０１を摺動速度１．５　ｃｓａ／ｓｅｅで摺
動させ連続してｎ型のａ−３ｉ：Ｈ：Ｆ半導体層を３５
０人帯状基体上に堆積させた。
ひき続き、不図示のガスボンベから、成膜室との接続部
分の直前に加熱炉の設けられたガス供給パイプ１５４へ
Ｓ　ｉ　Ｆ４を２５０　ｓｃｃｍで導入した。加熱炉は
石英管で構成されその中にはＳｉ粒を詰め、１）５０℃
に加熱した。ここで発生したＳｉＦ、ラジカルを成膜室
（ｎ）１０５内の多孔性金属薄板１４２からｌＱｍｍの
ところに！！！置された堆積膜形成用原料ガス吹き出し
パイプ１５７から成膜室（ＩＩ）　１０５内へ導入し、
ｎ型ａ−３ｉ：Ｈ：Ｆ半導体層の上に連続してノンドー
プのａ−３ｉ：Ｈ：Ｆ半導体層を４０００人堆積させた
。
更に、不図示のガスボンベから、ガス供給パイプ１５５
を通じて成膜室（ＩＩＩ）１０６内の多孔性金属薄板１
４３から５ｆｌのところに載置された堆積膜形成用原料
ガス吹き出しパイプ１５８へＳ　ｉ　Ｈ，Ｆ、ガスｌＱ
ｓｃｃｍ及びＨｅガスで３０００ｐｐｍに希釈されたＢ
Ｆ、ガス１０１０５ｅを導入し、ノンドープのａ−３ｉ
：Ｈ：Ｆ半導体層の上に連続してｐ層型のａ−３ｉ：Ｈ
：Ｆ半導体層を２００人堆■責させた。
２００ｍのステンレススチール製帯状基体上に上述した
ごと＜　ｎＮ、ｉＪｉ、ｐ層の順でａ−３ｉ：Ｈ：Ｆ半
導体膜を積層終了後、前記した本発明の帯状基体の交換
方法にて、帯状基体を取り出し、交換した。
次いで、取り出された１巻の帯状基体をロール・ツー・
ロール（Ｒｏｌｌ　ｔｏ　Ｒｏｌｌ）連続モジュール化
装置にて１３Ｃ１）×２５ａｌの太陽電池モジュールを
連続生産した。
生産された太陽電池モジュールについてＡＭ１、５　（
１００ｍＷ／ｃ＋Ｊ）光照射にて特性評価を行ったとこ
ろ、光電変換効率で９％以上が得られ、モジュール間の
特性のバラツキは５％以内に納まっていた。
比較Ａ 製造例１において、帯状基体の載置後、真空排気時の圧
力をＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ程度、真空引き時間を１
時間とした以外はすべて同じ操作で半導体層がｐ　ｉｎ
３層構成の光起電力素子を生産し、更に太陽電池モジュ
ールを形成した。
形成された太陽電池モジュールについてＡＭ１、５　（
１００ｍＷ／ｃｄ）光照射ニテ特性評価ヲ行ったところ
、光電変換効率では７〜８％程度であり、特にモジュー
ル間の特性のバラツキは成膜開始直後と終了間際とでは
１０％以上であった。
又、形成された光起電力素子のうちｉＮ中に含有される
不純物量をＳＩＭＳにて定量したところ、０（酸素）、
Ｃ（炭素）共に製造例１で形成したものに比較して５０
％以上多く存在していた。
翌１皿１ 製造例１において用いたステンレススチール製帯状基体
に変えて、同一寸法のＰＥＴ　（ポリエチレンテレフタ
レート）フィルム製の帯状基体を使用し、前加熱機構１
８３を２５０℃、各成膜用加熱機構１５９，１６０，１
６１を２２０℃、２００℃、１８０℃に加熱保持した以
外は同様の操作にてｐｉｎ３層構成の光起電力素子を形
成し、太陽電池モジュールを生産した。
生産された太陽電池モジュールについてＡＭ１、５　（
１００ｍ　Ｗ／ａＪ）光照射にて特性評価を行ったとこ
ろ、光電変換効率で８％以上が得られ、モジュール間の
特性のバラツキは５％以内に納まっていた。
本製造例により、安価な樹脂フィルム上にも容易に高効
率の光起電力素子が形成できることが明らかとなった。
ＭＪＪＬ炙 製造例１と同様の装置を用い、成膜室（Ｉ）１０４内に
はＳｔ＊Ｆｂ　、Ｓ：ｔＨｈ　＋　　ＰＨｓ／Ｈｅのか
わりにＨｅガスをキャリアーガスとして５０ＳＣＣＩｎ
でｃａ（ＣＨｓ）ｓ／Ｔｅ（ＣＨｓ）ｚ　−１０’：　
１混合液をバブリングして、又、ＡｓＨａガスを２４ｓ
ｅｃｍで各々のガスを混合し、ガス供給パイプ１５３を
通じて導入し、成膜室（ｆｆ）　Ｉ　０５内には５ＩＦ
ａのかわりに、Ｈｅガスをキャリアーガスとして５０ｓ
ｅｃ＋＊でＧ　ａ　（ＣＨｓ）ｘ／　Ｚ　ｎ　（ＣＨｚ
）ｚ　−１０’：Ｉｒｊｔ合液をバブリングして、又、
Ａ　ｓ　Ｈ４ガスを２０ｓｅｃ−で各々のガスを混合し
、ガス供給パイプ１５４を通じて導入し、成膜室（ＩＩ
Ｉ）　１０６内にはＳ　ｉ　ＨｔＦｚ　、ＢＦｓ／Ｈｅ
のかわりにＨｅガスをキャリアーガスとしてＧ　ａ　（
ＣＨ３）３／Ａ　１（ＣＨ３）！／Ｔ　６　（ＣＨｓ）
ｚ　−１０’／　１０’／　１混合液をバブリングして
、又、ＡｓＨａガスを２２５ｃｃＩ１）で各々のガスを
混合し、ガス供給パイプ１５５を通じて導入した。また
、帯状基体１０１と多孔性金属薄板１４１，１４２，１
４３との距離は各々４０ｍとし、ガス導入管１５０，１
５１゜１５２からは各々水素ガス１５０ｓｃｃｍＳＨｅ
ガス１００ｓｃｃｔｍを導入し、マイクロ波投入パワー
は各々４００Ｗとし、各成膜室（ｒ）、　　（ｎ）、　
　（ＩＩＩ）内の圧力は０．０５．０．０８．　０．０
６　Ｔｏｒｒとした。
更に帯状基体の摺動速度をｌ、　ｌ　ｃＩｌ／ｓｅｃと
した以外は、同様の操作でｎ型ｃ　ａ　Ａ　ｓ　／　ｐ
型ＧａＡｓ／ｐ型Ａｊ！ＧａＡｓの３Ｎ構成の光起電力
素子を連続形成した。
次いで、取り出された１巻の帯状基体をロール・ツー・
ロール（Ｒｏｌｌ　ｔｏ　Ｒｏｌｌ）連続モジュール化
装置にて１３ｃｓＸ２５ｃｍの太陽電池モジュールを連
続生産した。
生産された太陽電池モジュールについてＡＭ１、５　（
１００ｍＷ／ｃｊ）光照射ニテ特性評価を行ったところ
、光電変換効率で２４％以上が得られ、モジュール間の
特性のバラツキは５％以内に納まっていた。
製造例１におけるｔ７ｇとしてのノンドープのａ−５ｉ
：Ｈ：Ｆ膜の代わりにノンドープのａ−３ｉ：Ｇｅ：Ｈ
：Ｆ膜を形成した。
ｎ層及びｐ層の半導体層の形成方法は製造例１と同）禁
とし、ｉＮの形成時には５ＩＦ４の導入量を２５０ｓｅ
ｃｍから２００３ＣｃＩ１）とし、更に加熱炉からの出
口近くに設けた不図示のガス供給ラインよりＨｅガスで
１０％に希釈したＧ　ｅ　Ｆ　ａガスを２５ｓｅｃｍ混
合して導入した以外は製造例１と同様の条件で光起電力
素子を形成し、長波長光の利用に有効な太陽電池を生産
した。
生産された太陽電池モジュールについてＡＭｌ、　５　
（１００ｍＷ／ａＪ）光照射にて特性評価を行ったとこ
ろ、光電変換効率で８．５％以上が得られ、モジュール
間の特性のバラツキは５％以内に納まっていた。
形成されたａ−３ｌ：Ｇｅ：Ｈ：Ｆ膜の３１゜Ｇｅの組
成比をＸＭＡにて求めたところ、Ｓｉ：Ｇｅ＝５１：４
９であつた。
１ｄ１） 第８図に示した連続半導体デバイス形成装置を用い、半
導体層がｐｔｎ５層構成のいわゆるタンデム型光起電力
素子の連続生産を行った。
成膜室（Ｉ）８０６、（ＩＩ）８０７、（ｍ）　８０８
では製造例４にて実施したのと同様の、又、成膜室（Ｉ
Ｖ）８０９、（Ｖ）８１０、（ＶＴ）　８１）では製造
例１で実施したのと同様の成膜条件で半導体層の形成を
行った。但し、各成膜室における加熱機構の設定温度は
（＋）〜（Ｖｌ）において３５０℃、３２０℃、３００
℃、３００℃、２７０℃、２５０℃とした。
次いで、製造例１と同様の操作にて取り出された１巻の
帯状基体をロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ　ｔｏ　Ｒ
ｏｌｌ　）連続モジュール化装置にて１３値Ｘ２５ｃｍ
の太陽電池モジュールを連続生産した。
生産された太陽電池モジュールについてＡＭｌ、　５　
（１００ｍＷ／ｃｄ）光照射にて特性評価を行ったとこ
ろ、光電変換効率で１０％以上が得られ、モジュール間
の特性のバラツキは５％以内に納まっていた。
更に、連続して１０巻の帯状基体上にタンデム型光起電
力素子を形成し、太陽電池モジュールの連続生産を行っ
た。その結果、すべてのモジュール間の特性のバラフキ
は５％以内に納まり、安定して再現性良く生産可能であ
った。
その後、成膜室の器壁等に付着した堆積膜をＡｒで１０
％に希釈されたＣＩＦ、ガスを各成膜室内にガス導入管
より４００ｓｃｃｎ＋で導入し、成膜室内の圧力を１．
２　Ｔｏｒｒとしてドライエツチングにより除去した。
所要時間は約３０分間であった。
ひき続き成膜室内をＩ　Ｘ　１０”’Ｔｏｒｒ程度まで
真空引きを行い、所定の方法にて新しい帯状基体をＲ１
し、タンデム型光起電力素子の形成を行った。
このようにして形成された太陽電池モジュールはドライ
エツチング前に形成されたものとほぼ同じ特性を示し、
バラツキも５％以内に納まった。
更に、製造例１〜５において形成した太陽電池モジュー
ルに存在するピンホール等の欠陥量を短絡電流通路検出
器（特開昭６Ｏ−４６０８０）により評価したところ、
従来のプラズマＣＶＤ装置にて形成したモジュールに比
較して５０％以上減少していた。
〔発明の効果の概要〕
本発明の半導体デバイス連続形成装置によれば、所望の
結晶性及び水素含有量等の特性を有する、高品質の半導
体堆積膜を連続して均一性良く、高効率で再現性良く形
成することができる。
また、水素原子の励起状態や原料化合物の導入量や励起
状態を制御することによって容易に膜質の制御が安定し
て、再現性良く達成される。
更に、堆積膜形成中にいわゆるポリシラン粉等の発生が
少なく、これらの飛散付着物に起因する堆積膜の異常成
長の発生量が減り、例えば太陽電池等の半導体素子形成
時の欠陥（ショート等）発生率が減少する。更に、成膜
室の器壁等への膜付着量も凍り、成膜室の清掃頻度も減
少し、生産タクトの向上が図れる。
更に又、帯状基体の全面にわたり特性の均一化が可能で
あり、捨てしろ部分の低減により生産収率が向上する。
また別に、安価な樹脂基体上への成膜も可能となり、太
陽電池モジュールの生産コストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の半導体デバイス連続形成装置の典型
的１例である３層構成の半導体デバイス生産装置を模式
的に示す断面概略図である。第２図（そのＩＨｉ）乃至
第２図（その４）（Ｘ）　は帯状基体処理室における動
作を説明するための概略図である。第３図はペルジャー
断面と帯状基体との位置関係を模式的に表す図である。 第４図はガス吹き出し手段と帯状基体との位置関係を模
式的に表している図である。第５図は本発明において得
られた帯状基体と多孔性金属薄板との距離に対する膜厚
分布の関係を示した図である。第６図は本発明において
得られた帯状基体と多孔性金属薄板との角度に対する膜
厚分布の関係を示した図である。第７図は本発明におい
て得られた希ガス導大量と膜厚分布の関係を示した図で
ある。第８図は本発明の半導体デバイス連続形成装置の
別の１例である６層構成の半導体デバイス生産装置を模
式的に示す断面概略図である。 第１図について、 １０１・・・帯状基体、１０２・・・送り出しＩａ横、
１０３・・・巻き取り機構、１０４・・・成膜室（Ｉ）
、１０５・・・成膜室（ｎ）、１０６・・・成膜室（Ｉ
ＩＩ）、１０７・・・帯状基体収納容器（Ａ）、１０８
・・・帯状基体収納容器（Ｂ）、１０９．１）０，１）
１，１）２，１）３，１）４゜１）５．１）６・・・支
持用ローラー １）７・・・円筒型空胴共振器（１）、１）Ｂ・・・円
筒型空胴共振器（…）、１）９・・・円筒型空胴共振器
（ＩＩＩ）、１２０．１２１，１２２・・・ペルジャー
１２３．１２４，１２５・・・方形導波管、１２６．１
２７，１２８・・・Ｅ−Ｈチューナー又はスリースタブ
チューナー １２９、　１３０．　１３１・・・絞り、１３２．１３
３，１３４・・・空洞長可変プランジャー１３５．１３
６，１３７・・・モーター１３８．１３９，１４０・・
・りん青銅製バネ、１４１．１４２，１４３・・・多孔
性金属薄板、１４４、　１４５．　１４６・・・ポート
、１４７．１４８，１４９・・・石英ファイバー１５０
．１５１．１５２・・・ガス導入管、１５３．１５４．
１５５・・・ガス供給パイプ、１５６．１５７，１５８
・・・ガス吹き出しパイプ、１５９．１６０，１６１・
・・成膜用加熱機構、１６２．１６３，１６４，１６８
，１６９・・・排気管、１６５．１６６．１６７．１７
０，１７１・・・圧力調整用パルプ、１７２，１７３，
１７４，１７５．１７６・・・真空計、１７７．１７８
，１７９，１８０・・・希ガス導入管、１８１，１８２
・・・帯状基体処理室、１８３・・・前加熱機構、１８
４・・・冷却機構、１８５．１８６・・・パイトン製ロ
ーラー１８７．１８８・・・切断刃。 第２図について、 ２０１ａ・・・帯状基体処理室（Ａ）い０１ｂ・・・帯
状基体処理室（Ｂ）、 ０２．２０３，２０４，２０５．２０６・・・帯状基体
、０７ａ、２０７ｂ・　ｏ−ラー ０８ａ、２０８ｂ−切断刃、 ０９ａ、２０９ｂ・・・溶接治具、 １０．２１），２１２．２１３・・・接続管。 第３図について、 ３０１・・・ペルジャー断面の投影面、３０２・・・帯
状基体、 ３０３−１，３０３−２・・・損失部分。 第４図について、 ４０１ａ、４０１ｂ・・・ガス導入パイプ、４０２　ａ
　、　　４０２　ｂ　−−・ガス供給管、４０３ａ、４
０３ｂ・・・ガス吹き出し孔、４０４・・・帯状基体。 第８図について、 ８０１・・・帯状基体、８０２・・・送り出し機構、８
０３・・・巻き取り８１構、 ８０４．８０５・・・帯状基体処理室、８０６・・・成
膜室（１）、８０７・・・成膜室（ＩＩ）、８０８・・
・成膜室（ＩＩＩ）、８０９・・・成膜室（ＩＶ）８１
０・・・成膜室（Ｖ）　、８１）・・・成膜室（Ｖｌ）
８１２・・・帯状基体収納容器（Ｃ）、８１３・・・帯
状基体収納容器（Ｄ）。 図（その１） 第 図（その２） 第 図（その４） 第 図（その３） 第３Ｌ 第　４　図 第 図 第 図 帯状基体と多孔性舎１七引反との距離（ｍｍ）第 図 希ガス導入Ｈｓｅｃｍ）

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）半導体デバイスを形成する半導体層の積層数に等
    しい数の成膜室と、該複数の成膜室を挾んで設けられた
    一対の帯状基体収納容器と、該帯状基体収納容器と前記
    成膜室との間に設けられた少なくとも一つの帯状基体処
    理室と、前記複数の成膜室を連結するための断面形状が
    スリット状の連結管と、前記帯状基体を連続移動する手
    段とから構成され、一方の帯状基体収納容器から帯状基
    体処理室、複数の成膜室及び連結管を介して他方の帯状
    基体収納容器まで前記帯状基体を長手方向に連続的に移
    動せしめることによって、該帯状基体上に連続して半導
    体層を形成しうるようにした半導体デバイスの連続形成
    装置であって、前記複数の成膜室のうち少なくとも１つ
    に、マイクロ波立体回路中の２つのインピーダンス整合
    回路と一体化した空胴共振器内に設置されたプラズマ生
    成室を接続し、且つ、該プラズマ生成室をマイクロ波透
    過性ベルジャーと多孔性金属薄板とで構成するとともに
    該多孔性金属薄板を介して前記成膜室内を移動する帯状
    基体に対向するように該プラズマ生成室を接続し、半導
    体層形成用原料化合物と前記プラズマ生成室で生成され
    た励起状態の水素原子との相互作用により帯状基体上に
    半導体層を堆積形成しうるようにしたことを特徴とする
    半導体デバイスの連続形成装置。
  2. （２）前記マイクロ波立体回路中の２つのインピーダン
    ス整合回路と一体化した空胴共振器におけるインピーダ
    ンス整合回路が、空胴長可変プランジャー及びマイクロ
    波導波管と空胴共振器との接続部に設けられた絞りであ
    り、これらを調整することによりインピーダンス整合条
    件が制御される請求項（１）に記載の半導体デバイスの
    連続形成装置。
  3. （３）前記インピーダンス整合回路が空胴長可変プラン
    ジャー及びＥ−Ｈチューナーもしくはスリースタブチュ
    ーナーである請求項（２）に記載の半導体デバイスの連
    続形成装置。
  4. （４）前記水素原子の励起状態が、発光分光分析法によ
    り水素の励起状態であるＨ＿α、Ｈ＿βの発光強度を測
    定し、その強度比を所望の値とするべく、空胴共振器内
    へのマイクロ波投入パワー、インピーダンス整合条件、
    水素ガス流量又は水素ガスと希ガスとの混合流量比、全
    圧力のうちいずれか一種以上を制御することにより制御
    される請求項（１）乃至（３）のいずれかに記載の連続
    半導体デバイス形成装置。
  5. （５）前記帯状の基体を、前記多孔性金属薄板面の水平
    軸に対し３０゜以内の角度で且つ該多孔性金属薄板面よ
    り１００ｍｍ以内の位置で移動させるとともに、該多孔
    性金属薄板と前記帯状の基体との間に配置されたガス吹
    き出し手段より、半導体層形成用の原料となる化合物を
    気体状態で、あるいは前記成膜室とは別に隣接して設け
    られた活性化室であらかじめ励起した状態で導入するこ
    とを特徴とする請求項（１）乃至（４）のいずれかに記
    載の半導体デバイスの連続形成装置。
  6. （６）前記帯状基体処理室に、少なくとも真空シール用
    治具、帯状基体切断用治具、帯状基体接続用治具が内蔵
    された請求項（１）乃至（５）のいずれかに記載の半導
    体デバイスの連続形成装置。
  7. （７）前記断面形状がスリット状である連結管に、希ガ
    ス導入管が接続された請求項（１）乃至（６）のいずれ
    かに記載の半導体デバイスの連続形成装置。
  8. （８）前記成膜室及び帯状基体収納容器に、各々独立の
    排気装置及び圧力調整器が設置された請求項（１）乃至
    （７）のいずれかに記載の半導体デバイスの連続形成装
    置。
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