JPH0544820B2 - - Google Patents

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JPH0544820B2
JPH0544820B2 JP59238109A JP23810984A JPH0544820B2 JP H0544820 B2 JPH0544820 B2 JP H0544820B2 JP 59238109 A JP59238109 A JP 59238109A JP 23810984 A JP23810984 A JP 23810984A JP H0544820 B2 JPH0544820 B2 JP H0544820B2
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Japan
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thin film
electrode
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high frequency
discharge
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Kunio Nishimura
Takehisa Nakayama
Kazunaga Tsushimo
Yoshihisa Oowada
Hisanori Hirata
Masanobu Izumina
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/24Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using chemical vapour deposition [CVD]
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/34Deposited materials, e.g. layers
    • H10P14/3402Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
    • H10P14/3404Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being Group IVA materials
    • H10P14/3411Silicon, silicon germanium or germanium

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  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はグロー放電を用いて太陽電池などに用
いる光導電膜、半導体膜、無機絶縁膜あるいは有
機樹脂膜などを形成するのに有効な薄膜形成方法
に関する。
〔従来の技術〕
薄膜形成方法の1つに横プラズマ法がある。
減圧にしうる堆積室内に膜形成用の原料ガスを
導入し、グロー放電によるプラズマ現象を利用し
て所定の支持体上に薄膜形成を行なうばあい、と
くに太陽電池に用いる光導電膜を形成するばあい
には、えられる膜の光電特性の点から横プラズマ
法を用いた薄膜形成方法が有効に利用されてきて
いる。横プラズマ法を用いると、電極間で発生す
るプラズマの外部に膜を形成する基板を配置する
ため、基板および基板上に堆積される膜へのプラ
ズマ・ダメージを軽減するからである。
実験用の横プラズマ法に用いる小型横プラズマ
薄膜形成折置は、たとえば第4図に示すように、
直径約10〜15cm程度のガラスベルジヤー1の内側
または外側に半円弧型の電極2を対向するように
配置し、その下部に試料載置台3を設けて基板4
を置き、半円弧型の電極2間にグロー放電により
プラズマを発生させ、基板4上に膜を形成させる
ものである。グロー放電を生ぜせしめる電力とし
ては、通常13.56MHzの高周波電源が用いられる
が、負極との電気的整合をとるため、通常、第5
図に示すようなマツチング・ネツトワーク5を経
て供給される。その結果、2つの電極2の電位が
異なり、生起されるプラズマもグランド側の電極
付近と高周波側電極付近では異なる。とくに高周
波側電極付近の暗部の電位が大きく、したがつて
プラズマの様子も明らかに非対称となり、基板4
に堆積される膜の厚さもその膜の光電特性も試料
載置台3上の基板4に位置によつて異なる。これ
らの膜厚および性能の分布を解消するため、基板
4を載置する試料載置台3を適当な速さで回転す
る方法がとられている。
このような横プラズマ法による薄膜の形成方法
を利用して、工業生産に適する大きな面積に高性
能な光導電膜を形成するには、つぎのような問題
がある。
すなわち、2つの電極間グロー放電を生起せし
めなければならないため、2つの電極間距離には
限界があり、むやみに間隔を広くとり、放電領域
の巾を広くできないため、薄膜を形成する面積が
限られる。さらに、グランド側電極付近と高周波
側電極付近に堆積される薄膜の膜厚、光電特性な
どが異なるため、試料載置台を回転させて堆積す
る薄膜の均一化をはからなければならない、など
の問題がある。
これらの問題を解決するために、本発明者らは
第2図に示すように、複数の横プラズマ電極9a
〜9eを用いて薄膜の形成領域を複数の放電領域
に分割して大面積化をはかり、各放電領域間での
プラズマの対称性をえ、形成される膜厚の均一化
をはかるため、第3図に示すようないずれの電極
も直接グランドにアースされない、2次側が絶縁
されたフロート型のマツチング・ネツトワーク1
2を採用することによつて、電極間に対称のプラ
ズマをうることができ、したがつて大面積の薄膜
形成を可能にするにいたつている。
なお第2図における6は真空槽、7は基板加熱
ヒーター、8は基板ホルダー、10は高周波電力
供給装置である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところがこのような複数電極大型横プラズマ法
を用いる薄膜形成では、電極が複数有ること、1
つの高周波電源と1つのマツチング・ネツトワー
クとを用いて電力を供給すること、電極の配置に
より各々の電極が必ずしも電気的に等価な条件に
ならないことなどにより、薄膜形成領域で均一な
厚さの膜がえられないという問題がある。
すなわち、第2図に示すように電極が5本のば
あいを例にとると、両端の9a,9eの電極の片
側は放電領域であるが反対側は真空槽壁あるいは
ダークスペースシールドであるため、電極の両端
で非対称な条件に置かれることになる。また、両
端の電極9a,9eと中央の電極9cには同一の
高周波電力が供給され、その間の電極9b,9d
には同一の高周波電力が供給される。そのため2
本組と3本組のそれぞれ1個当りの電極に供給さ
れる高周波電力は異なる。さらに各電極への高周
波電力供給線11は1個の高周波電源15と1個
のマツチング・ネツトワーク12をへて接続され
ているため、各供給線11a,11b,11c,
11d,11eの長さと空間配置および形状は大
きく異なり、さまざまになる。これらの高周波電
力供給線は高周波電力にとつては抵抗として働く
ため、各々の電極に実際に供給される高周波電力
は異なる。
以上のごとく各電極に供給される高周波電力が
異なること、電極配置により各電極の条件が異な
ること、などにより各放電領域における放電によ
るプラズマの強度が微妙に異なり、そのため各放
電領域上部に置かれた基板上に堆積する薄膜の厚
さが異なることとなる。このような膜厚分布、す
なわち各放電領域におけるプラズマの強度分布
は、第3図に示すようなマツチング・ネツトワー
ク12のみでは制御しえず、薄膜形成領域全般に
わたる膜厚が一定にならないという問題は解決さ
れていない。
本発明の目的は、上記第2図、第3図に示すよ
うな装置を用いた本発明者らによる方法において
も解決しえなかつた欠点を解消した新規な薄膜形
成方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、少なくとも3個、好ましくは3〜5
個の電極からなる電極列を有し、電極列の端から
奇数番目の電極組と偶数番目の電極組の各電極に
1台の高周波電源からマツチング・ネツトワーク
を経て高周波電力を供給し、各領域にて放電を生
ぜせしめ、該放電領域の外部に置いた基板上に薄
膜を形成する際に、マツチング・ネツトワークか
らRF電極への接続の少なくとも1箇所に電気素
子を接続し、この電気素子の電気定数を変えるこ
とにより、各電極に供給される高周波電力あるい
は各放電領域の放電強さを調節しながら薄膜を形
成することを特徴とする薄膜形成方法に関し、全
薄膜形成領域において実質的に均一な厚さの薄膜
を形成する方法を与えるものである。
〔実施例〕
本発明の方法を図面にもとづいて説明する。
本発明に用いる薄膜形成装置の高周波電源〜電
極部分に関する一実施態様を説明するための第1
図において、マツチング・ネツトワーク12の2
本組電極用の端子12aおよび3本組電極用の端
子12bから各電極9a〜9eへ高周波供給線1
1a〜11eが配線されており、その途中に電気
素子13a〜13eが接続されている。該電気素
子としては、可変あるいは固定コンデンサ、可変
あるいは固定コイル、または可変あるいは固定コ
ンデンサーと可変あるいは固定コイルとを組み合
わせたものながあげられ、任意に選択きる。電気
素子の接続としては、第6図a,bに示すよう
に、高周波供給線11に直列に接続したもの、並
列にグランドに接続したものなどがあげられ、適
宜選択すればよい。また、これらの電気素子は必
ずしも電極に高周波電力を供給する高周波供給線
すべてに接続する必要はなく、各放電領域の放電
が均一となるように、接続する方法、位置、電気
素子の種類などを任意に選べばよい。各々の電気
素子は同一のものでなくてもよい。また、高周波
供給線には高周波抵抗の低い銅板や銅板に銀メツ
キを施したものを使用するのが一般的である。こ
れら高周波供給線の形状や長さを変えることによ
り、かなりの程度高周波電力の供給を変えること
ができるため、これを電気素子と併用することも
有効である。
薄膜形成時には真空槽中に原料ガスを導入し、
高周波電力を各電極に供給し、電極間にプラズマ
を生成させる。このプラズマを目視あるいは
OES(Optical Emission Spectroscopy)などの
プラズマ監視装置にてプラズマ強度を測定し、各
領域の放電強さが均一となるように電気素子を調
節したり、あるいは基板上に薄膜を一定時間形成
し、触針式または光学的方法などで膜厚を測定し
たのち、膜厚が均一化するように電気素子を選定
あるいは調節するなどすればよい。このため電気
素子としては調節機能を有するという意味から、
可変コンデンサー、可変コイルなどの可変電気素
子を用いることが望ましい。
本発明の横プラズマ薄膜形成方法を用いること
により、複数の放電領域を有する横プラズマ法に
よる薄膜形成においても、各領域で均一な膜厚の
薄膜をうることがきる。
以下、本発明の方法を実施例にもとづき説明す
る。
参考例 1 本発明者らの開発した第2図および第3図に示
すような複数電極を有する横プラズマ薄膜形成方
法に用いる装置を用いて、500×500mmの領域に薄
膜の形成を行なつた。各電極の中心距離は125mm、
電極上面と基板間距離は20mmに保つた。真空槽6
中にSiH4およびH2をそれぞれ20sccmおよび
180sccmの混合ガスとして供給し、圧力調節装置
(図示せず)によつて0.5Torrに保持した。第3
図に示すような高周波電源15とマツチング・ネ
ツトワーク12を用いて、銅板の高周波供給線1
1a〜11eにより各電極9a〜9eに高周波電
力を供給し、各放電領域にプラズマを生成させ
た。マツチング・ネツトワーク12中のチユーニ
ングバリコンとしてマツチング・バリコン14
b、バランス・バリコン14cを調整し、各プラ
ズマが均一となるように調整し、放電を60分間継
続し、ガラス基板上に薄膜の形成を行なつた。こ
の間ガラス基板は基板加熱ヒーター17により加
熱し、250℃に保つた。
薄膜形成後、ガラス基板上の膜厚を光学的方法
により測定したところ、第7図に示すように電極
の両端付近で厚く、電極の中央付近薄く、その比
は約2.6倍もあつた。
実施例 1 参考例1と同様の装置、方法で、各高周波供給
線の途中に第1図に示すように、絶縁耐圧15kV、
容量10〜500pFの可変真空バリコン13a〜13
eを直列に接続した装置を用いた。
参考例1と同様の条件、同様の方法にて各放電
領域にプラズマを発生させ、目視にて放電の強さ
を確認し、放電の強さが均一となるようにチユー
ニング・バリコン14a、マツチング・バリコン
14b、バランス・バリコン14cおよび可変真
空バリコン13a〜13eを調整した。
放電の強さが均一になる条件にて60分間放電を
持続し、ガラス基板上に薄膜を形成した。
えられた膜厚を光学的方法により測定したとこ
ろ、第7図に示すように薄膜形成領域にて±10%
以内の均一な膜厚がえられた。さらにこの薄膜の
光学特性として、太陽電池などの光起電力素子に
重要な光電導度を測定したところ、第8図に示す
ように均一な光学特性の薄膜がえられた。
〔発明の効果〕
本発明の方法によると、複数の放電領域を有す
る横プラズマ法による薄膜形成においても、各領
域で均一な膜厚、光電特性の薄膜をうることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に用いる薄膜形成装置の高周波
電源〜電極部分に関する一実施態様を示す説明
図、第2図は電気素子を用いていない薄膜形成装
置の一実施態様に関する説明図、第3図は第2図
に示す薄膜形成装置の高周波電源〜電極部分に関
する説明図、第4図は従来の横プラズマ法に用い
る装置に関する説明図、第5図は第4図に示すご
とき従来の横プラズマ法に用いる装置に通常使用
されているマツチング・ネツトワークに関する説
明図、第6図は本発明に用いる電気素子を接続す
る実施態様に関する説明図、第7図は参考例1、
実施例1でえられた薄膜の膜厚と用いた装置の電
極位置との関係を示すグラフ、第8図は実施例1
でえられた薄膜の光電導度と用いた装置の電極位
置との関係を示すグラフである。 (図面の主要符号)、9a〜9e:電極(RF電
極)、10:高周波電力供給装置、12:マツチ
ング・ネツトワーク、13a〜13e:電気素
子、15:高周波電源。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 少なくとも3個の電極からなる電極列を有
    し、電極列の端から奇数番目の電極組と偶数番目
    の電極組の各電極に1台の高周波電源からマツチ
    ング・ネツトワークを経て高周波電力を供給し、
    各領域にて放電を生ぜせしめ、該放電領域の外部
    に置いた基板上に薄膜を形成する際に、マツチン
    グ・ネツトワークからRF電極への接続の少なく
    とも1箇所に電気素子を接続し、この電気素子の
    電気定数を変えることにより、各電極に供給され
    る高周波電力あるいは各放電領域の放電強さを調
    節しながら薄膜を形成することを特徴とする薄膜
    形成方法。 2 電気素子が可変または固定コンデンサーであ
    る特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 電気素子が可変または固定コイルである特許
    請求の範囲第1項記載の方法。 4 電気素子が可変または固定コンデンサーおよ
    び可変または固定コイルである特許請求の範囲第
    1項記載の方法。 5 電極数Nが3≦N≦5である特許請求の範囲
    第1項記載の方法。 6 電気素子の接続が直列接続である特許請求の
    範囲第1項記載の方法。 7 電気素子の接続が並列接続である特許請求の
    範囲第1項記載の方法。
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